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L'AVENIR DE LA GENERATION ELECTROSTATIQUE

par le Professeur N. J. FELIC1

[1960]

  Bien que les generateurs electrostatiques aient ete les premiers construits de main d'homme, leur importance technique ou industrielle est toujours restee negligeable. Pendant plusieurs decades, leur fabrication a ete totalement abandonnee et si, a l'heure actuelle, un certain renouveau se fait jour, il n'y a encore dans tout l'univers que deux firmes industrielles ayant pour principale activite la construction de ce genre de machines, et il va de soi que la puissance globale des generateurs electrostatiques, ou meme le nombre total des unites electrostatiques en service, sont absolument infimes par rapport aux chiffres correspondants dans le domaine electromagnetique.

  Cependant, jusqu'a l'oree de notre siecle, l'etude et le perfectionnement des generateurs electrostatiques a suscite d'innombrables vocations d'inventeur, et la desaffection qui s'est manifestee depuis a certainement pour cause principale l'echec a peu pres complet de toutes ces tentatives.

  Cet echec peut se rattacher a deux sortes de facteurs, les uns fondamentaux, les autres plus contingents ou plus susceptibles de correction. Le facteur le plus fondamental est incontestablement la faiblesse energetique des generateurs electrostatiques, qui les exclut et les excluera encore longtemps - sinon toujours - des applications reclamant une tres grande puissance, comme le transport d'energie.

  Un autre. facteur, qui a beaucoup joue autrefois mais dont le role s'amenuise rapidement a l'heure actuelle, resultait de l'incomprehension a peu pres totale des phenomenes lies aux champs electriques intenses, indispensables pour le fonctionnement des machines, aussi bien d'ailleurs que de la theorie de ces dernieres.

  C'est un fait que, jusque vers 1910, les phenomenes d'ionisation lies aux champs electriques intenses n'etaient pour ainsi dire pas compris du tout; il suffit pour s'en convaincre d'examiner les theories abracadabrantes proposees jusqu'a la fin du xixe siecle pour expliquer le fonctionnement des machines a influence [1]. Mais la theorie mathematique des machines electrostatiques etait aussi restee jusqu'a ces derniers temps totalement insuffisante, et bien que plusieurs publications aient depuis une vingtaine d'annees notablement redresse cet etat de choses, cette theorie est encore tres mal connue, parfois meme de personnes considerees comme des specialistes. Enfin, et c'est le plus grave, l'ignorance des phenomenes de base et de la theorie mathematique etait couronnee par l'absence complete de technologie. Aucun traite de construction electrique ne faisait ni ne fait encore aujourd'hui la moindre allusion aux generateurs electrostatiques; aucun enseignement dispense aux ingenieurs electriciens ne donne la moindre directive a ce sujet. Comment s'etonner, dans ces conditions, que la plupart des tentatives de mettre a profit les caracteristiques favorables de ces generateurs aient tourne rapidement a l'echec, alors meme que l'application envisagee etait incontestablement favorable a la solution electrostatique ? Ainsi, lorsque, dans l'industrie moderne, on desire une tension de 50 ou 100 kV, avec un debit minime de quelques dixiemes de milliampere, c'est encore a des combinaisons de redresseurs que l'on fait appel; il n'existe dans le monde entier qu'une seule firme ayant resolu ce probleme par voie electrostatique, et pourtant, il s'agit la de caracteristiques tout particulierement favorables, que les vieilles machines d'autrefois fournissaient sans difficulte.

  A l'heure actuelle, les deux seuls types de generateurs construits sur un pied industriel, (generateurs a courroie et generateurs a cylindre), sont tres loin de couvrir toutes les applications du courant continu a tres haute tension, meme si l'on exclut le transport d'energie; qui plus est, ces generateurs sont encore bien loin d'avoir reçu une audience raisonnable chez tous les utilisateurs qui pourraient, des a present, en tirer profit. Il s'agit la d'un facteur psychologique de premiere importance, dont la correction future jouera un role essentiel pour l'expansion de la generation electrostatique. Les praticiens ont une repugnance toute naturelle a utiliser un appareil considere comme desuet, dont ils n'ont jamais entendu parler pendant leurs etudes, et qui ne fait pas l'objet d'une « grande » industrie. Ils feront plus naturellement confiance aux solutions concurrentes, mises au point par des firmes de grand renom, et qui semblent davantage refleter les tendances du progres technique moderne. L'accueil enthousiaste fait par beaucoup d'ingenieurs aux redresseurs au germanium et au silicium, avant meme que ces appareils eussent prouve leur efficacite dans le domaine de la tres haute tension, en est un exemple probant.

  Cependant, ce facteur psychologique est en voie d'amelioration rapide, devant les succes incontestables remportes par les solutions electrostatiques et grace a une meilleure appreciation de leur efficacite. Le facteur decisif de demain sera en fin de compte la technologie; c'est a son insuffisance que les generateurs electrostatiques doivent (le lie pas avoir conquis tout le domaine qui devrait leur revenir des a present.

  A ce propos, je me permettrai de dire qu'il est grand temps de cesser de « reinventer » le generateur electrostatique puissant. Voici plus de trente ans que de bons esprits, l'un apres l'autre, et souvent s'ignorant l'un l'autre, decouvrent qu'en mettant en jeu les intensites de champ electrique que nous laissent esperer certaines experiences de laboratoire, on doit pouvoir engendrer des milliers et des dizaines de milliers de kilowatts par voie electrostatique, avec des poids et des encombrements tres reduits. Je crois qu'il est temps de considerer ce fait theorique comme definitivement acquis et de se tourner plutot vers les modalites de sa realisation qui, a ce qu'il paraît, sont encore bien rudimentaires, car aucune machine electrostatique actuellement sur le marche ne peut se vanter de realiser les centaines ou les milliers de kW/m3 que ces bons calculs nous promettent a coup sur (1).

  (1) La puissance volumique est de l'ordre du kW/m3 pour les machines a courroie et de quelques dizaines pour les machines a cylindre, en tenant compte des accessoires energetiquement indispensables (reservoir a pression) mais non des moteurs, regulateurs, etc. Le resultat le plus favorable  est celui obtenu avec de petites machines a cylindre (diametre inferieur a 10 cm) tournant a la vitesse maxima physiquement possible.  On obtient  jusqu'a 500 W/dm3 ou 500 kW/m'. Malheureusement ce resultat n'est pas transposable a de grandes machines, car la puissance  volumique des  machines a cylindre, a contrainte mecanique identique (vitesse lineaire constante) varie en raison inverse du diametre. Seules les  machines a    disques multiples peuvent donner, a contrainte mecanique invariable, une puissance specifique independante des dimensions.

  Les seuls progres realises jusqu'a present sont le fruit d'un effort technologique opiniatre; il en sera a coup sur de meme dans le futur, mais il faut aussi que les types de machines que l'on cherchera a perfectionner soient choisis de façon suffisamment rationnelle.

  Ici, nous tombons sur un autre ecueil : la necessite du circuit magnetique a rapidement limite les inventeurs de machines electromagnetiques au tambour de fer muni de fils de cuivre; au contraire, l'extreme souplesse d'agencement des appareils electrostatiques a favorise toutes les fantaisies : a cote des disques, des cylindres et des courroies on a vu fleurir les courants gazeux, les courants liquides, les aerosols, etc... Ces propositions, quelque saines qu'elles fussent sur le plan scientifique, ont favorise la dispersion d'efforts deja trop minces par leur volume, sinon par leur qualite.

  Je crois pouvoir affirmer que l'on ne saurait perfectionner de front tous les systemes connus ou imaginables, et qu'il est indispensable de se limiter a un tres petit nombre de cas pour concentrer sur eux tout l'effort technologique possible.

  La principale ligne d'orientation que doit prendre cet effort est evidente. L'expansion du generateur electrostatique dependra largement de l'augmentation de la puissance qui determine le prix de revient du kW.

  Il est bien connu que la puissance specifique depend essentiellement du champ electrique agissant sur les organes de la machine, et plus particulierement du carre de sa valeur pour une repartition invariable du champ dans l'appareil(2);

(2) Cette loi du carre, bien evidente sur la base d'un raisonnement energetique elementaire, n'est apparue que tres tard dans la litterature [2].

mais, pour une intensite maxima de champ determinee, la puissance specifique peut varier dans des limites extremement etendues, suivant le systeme geometrique et mecanique utilise.

  Au risque de me tromper, j'affirmerai que seul le systeme rotatif merite d'etre retenu, si seduisants que puissent paraître, par exemple, les courants gazeux ou liquides. Meme en restreignant ainsi le probleme, la gamme de dispositions possibles d'organes fixes et mobiles est encore extremement vaste. Il y a d'abord l'alternative disque-cylindre : a premiere vue, une batterie de disques devrait offrir, pour un volume donne, une surface active beaucoup plus grande qu'un cylindre de volume egal, et nous savons que les forces electrostatiques sont toujours des forces de surface. C'est cependant la une opinion erronee qui ne resiste pas a l'examen minutieux des possibilites de construction reelle sur la planche a dessiner.

  Si l'on emploie un systeme a transporteur isolant qui oblige a munir chaque disque d'electrodes ionisantes (pointes ou lames) pour la commutation du courant, leur encombrement est tel que la surface utile d'une batterie de disques reste inferieure a celle d'un cylindre de meme volume, dans la majorite des cas. Les disques ne sont vraiment interessants que si des interconnexions electriques permettent d'employer un seul systeme d'electrodes commutatrices pour toute la batterie, c'est-adire que les transporteurs doivent necessairement etre conducteurs. Un autre facteur essentiel vient de ce que la commutation parfaite des transporteurs isolants n'a pu etre obtenue que dans l'hydrogene, gaz de rigidite mediocre, et que, dans tout autre milieu, on ne peut a l'heure actuelle esperer faire passer les courants theoriquement possibles par effluve ou couronne, ce qui nous ramene a l'exigence de transporteurs conducteurs [3]. Pourtant, aucune machine electrostatique actuellement sur le marche ne comporte de tels transporteurs. Cette situation ne provient pas de causes fortuites car, pendant plus de dix ans, des efforts notables ont ete consacres tant sur le plan scientifique qu'industriel, au C.N.R.S. et a la S.A.M.E.S., pour perfectionner les machines a transporteurs conducteurs, sans aboutir a un resultat satisfaisant. Cependant, comme nous le voyons, des progres decisifs vers les grandes puissances ne peuvent avoir lieu qu'a condition de surmonter les difficultes qui jusqu'a present ont barre cette route. Ces difficultes sont dues avant tout a la commutation. Il est beaucoup plus facile a l'heure actuelle de faire passer des courants importants entre une electrode ionisante et un transporteur isolant (courroie, cylindre) que de charger et de decharger des secteurs mobiles conducteurs par des balais glissants. Cette affirmation est a premiere vue paradoxale : on ne comprend pas qu'il soit plus avantageux d'ioniser un gaz de haute rigidite dielectrique que de faire passer un courant par des contacts metalliques; il en est pourtant ainsi, et je renvoie le lecteur curieux aux exposes qui ont ete faits de ces difficultes [4].

  Une proposition, qui me semble une solution de facilite, consiste a remplacer le commutateur par des contacts glissants a bagues, et de convertir le courant alternatif fourni alors par la machine (qui se comporte comme un alternateur electrostatique) avec des redreiseurs modernes. J'estime que c'est une solution de facilite, qui risque d'ailleurs de ne jamais voir le jour, car personne n'a encore construit d'alternateur electrostatique dont la puissance et le prix surclassent ceux d'un alternateur electromagnetique et d'un transformateur. A l'heure actuelle, l'idee de la commutation par redresseur connait une grande fortune en raison des esperances que fait naitre la possibilite d'environnements exceptionnels, comme le vide sideral. Fidele au but d'une reunion scientifique, qui est de debattre des idees au risque de se tromper, je me permettrai d'exprimer mon scepticisme devant cette proposition. Je crains que l'alternateur electrostatique, meme dans le vide sideral et meme avec les avantages qu'il peut alors presenter, ne soit toujours battu par la machine electromagnetique equivalente, et quant au reste cette voie me parait sans espoir pour les machines terrestres. En effet, l'alternateur electrostatique, du moins sous la forme elementaire du condensateur a capacite variable, la seule retenue aujourd'hui, a contre soi le grave defaut de n'etre en aucune facon le generateur le plus efficace du point de vue de la puissance. Comme dans toutes les machines a transporteurs conducteurs, les forces utiles ne s'y exercent que sur la tranche des secteurs; si le nombre de poles est faible, la puissance est faible en proportion, mais s'il est eleve, les capacites parasites de toute espece reduisent considerablement la puissance, c'est-a-dire que la valeur moyenne dans le temps des forces utiles agissant sur chaque tranche est beaucoup plus petite que leur valeur maxima (3)

.(3) On peut corriger partiellement cet inconvenient en associant a l'alternateur electrostatique une inductance « absorbant » sa puissance reactive excedentaire ou, en d'autres termes, formant un systeme resonnant avec ses capacites nuisibles, mais l'avantage n'est pas decisif.

  Ce probleme a ete discute abondamment il y a une douzaine d'annees [5]. Pour tirer la puissance maxima des transporteurs* conducteurs, il faut que ces derniers soient tres nombreux, puisque seule intervient leur tranche, mais il faut aussi que le nombre des poles de la machine soit beaucoup plus petit que le nombre total des transporteurs; c'est la « machine a barres » [6] qui n'est d'ailleurs pas sans parente avec d'autres systemes a nombreux transporteurs proposes de divers cotes [7, 8 et 9].

  La « machine a barres » n'est guere compatible avec la commutation par redresseur, car il faudrait autant de bagues sur l'arbre et autant de paires de redresseurs qu'il y a de barres dans un pas polaire, c'est-a-dire, si les barres sont nombreuses - comme il est souhaitable - une complication absolument intolerable (4)  .

(4) La machine a barres est en, fait un alternateur a tres nombreuses phases. Contrairement a ce qui a lieu en electromagnetisme il ne parait pas possible de concilier bonne utilisation energetique du volume (grand nombre de conducteurs actifs) et petit nombre de phases. Cette difficulte provient de l'impossibilite de solidariser electriquement entre eux les differents transporteurs comme on le fait en electromagnetisme en mettant en serie les conducteurs actifs. Le lecteur interesse par ce genre de probleme pourra lire avec interet OLLENDORF [12]. D'une autre maniere on peut dire que les types de machines electrostatiques et electromagnetiques qui se correspondent par dualite ne sont pas simultanement les plus efficaces sur le plan energetique.

  Cependant, la machines a barres ne presente pas seulement l'avantage de la puissance specifique la plus elevee, mais aussi celui de donner un courant dont les fluctuations sont tres reduites, meme en l'absence de toute capacite de filtrage, avantage essentiel pour beaucoup d'applications qui demandent une tension bien constante et où les condensateurs de grande energie peuvent etre tres genants.

  L'avantage actuel des machines a courroie ou a cylindre sur celles a transporteurs conducteurs n'est d'ailleurs pas dû seulement a la facilite relative de leur commutation. Le transporteur isolant est en fait l'equivalent electrique d'un systeme ideal a une infinite de barres, evidemment le plus satisfaisant [10].

  C'est pourquoi une machine a cylindre dans l'hydrogene, quoique travaillant dans un gaz de mediocre rigidite dielectrique, donne une puissance dix fois superieure a celle d'une machine a secteurs de meme surface rotorique et de meme vitesse lineaire, fonctionnant dans l'air, milieu bien superieur a l'hydrogene. Compte tenu de la loi du carre, le « rapport de qualite » entre le transporteur isolant et les secteurs conducteurs apparaît de l'ordre de 10 X 22 = 40. C'est cette superiorite intrinseque sur le plan energetique qui a permis jusqu'ici a la machine a un seul cylindre isolant de surclasser les generateurs a secteurs conducteurs et plateaux multiples. Mais, pour progresser encore, il faut arriver a concilier la perfection energetique du transporteur isolant, equivalant a une infinite de barres, avec la commutation concentree propre aux transporteurs conducteurs.

  Pour terminer cette discussion, je voudrais souligner que l'opposition parfois avancee entre les machines « sans variation de capacite » (a transporteurs isolants et celles » a variation de capacite » (a secteurs conducteurs) est un peu artificielle et masque la parente profonde entre ces deux extremes. Il suffit de penser a une machine « a barres » ou a « petits secteurs» et de faire varier le nombre de transporteurs par pas polaire statorique depuis l'unite jusqu'a l'infini pour passer Continûment de l'alternateur monophase ou de la machine de Toepler a simple capacite variable aux transporteurs isolants parfaitement continus. L'objection que la capacite ne semble pas varier dans ce dernier cas est sans valeur et ne repose que sur une illusion doptique, exactement comme celle qui consiste a dire que l'inductance mutuelle de l'inducteur et de l'induit d'une machine dynamoelectrique ne varie pas pendant la rotation.

  En resume, je crois que la machine rotative a disques multiples, armee de transporteurs conducteurs tres nombreux, mais ayant un pas polaire statorique beaucoup plus grand que celui des transporteurs, est celle qui nous permet d'envisager les puissances specifiques les plus grandes. C'est au sujet des systemes de commutation, et non de la disposition des organes principaux, que l'imagination des chercheurs devrait se donner libre cours. Si le collecteur a lames et les balais frottants maladroitement imites des dynamos n'ont pu jusqu'ici resoudre le probleme, il n'est quand meme pas interdit de penser a autre chose, comme a des liquides conducteurs, soit en couche continue, comme l'a propose M. P. JOLIVET (5),

(5) Communication privee de M. P. JOLIVET a l'auteur.

soit en jets de formes diverses, ou bien encore (et c'est peut-etre bien la une voie d'avenir pour les tres grandes puissances) utiliser des gaz convenablement ionises, comme un jet de plasma qui viendrait, balai ideal, lecher le collecteur au bon endroit en respectant la d. d. p. entre les poles.

  En ce qui concerne le milieu dielectrique forcement fluide dans lequel travaillerait une telle machine, nous avons theoriquement le choix entre le vide, les gaz comprimes, les liquides. L'utilisation du vide, tres seduisante en elle-meme, a connu un renouveau de faveur a propos de la propulsion spatiale, mais il reste douteux que les champs electriques obtenus dans le vide puissent jamais surpasser ceux que permettent les gaz comprimes.

  Les liquides etaient exclus jusqu'a present, car il etait impossible de concilier grande constante dielectrique et resistivite suffisante, a cause de l'extreme sensibilite des liquides de haute permittivite aux impuretes electrolytiques. Cette impossibilite n'est peut-etre pas absolue; des experiences de laboratoire ont permis, grace aux echangeurs d'ions modernes, d'obtenir des liquides, comme l'alcool ethylique, dans un etat de parfaite desionisation et, par suite, avec des resistivites tres elevees. Il n'est pas impensable que l'on puisse maintenir dans l'interstice d'un generateur electrostatique un liquide a grande constante dielectrique hautement desionise, a condition d'operer un recyclage extremement frequent. Ce n'est au fond qu'une question technologique difficile, un probleme dans le genre de ceux qu'on rencontre dans l'industrie nucleaire. Il est malheureusement douteux que l'on donne jamais a ce probleme une parcelle de l'attention et des moyens qui sont depenses a travers le monde pour des developpements dont l'interet n'est peut-etre pas superieur.

  Si on se limite au vide et aux gaz comprimes, on peut dire que l'intensite des champs electriques serieusement prouves est de l'ordre de 50 kV/mm; cette estimation n'est valable que pour la composante normale du champ, la composante tangentielle est forcement beaucoup plus petite et ne saurait exceder 2 a 3 kV/mm. Ces deux chiffres nous fournissent la force tangentielle moyenne appliquee au rotor d'une machine parfaite travaillant sur ses deux faces. Elle est de l'ordre de 20 000 dynes/cm2, ce qui, pour une vitesse de 100 m/sec., fournit 20 W/cm2. L'epaisseur totale du rotor et des portions d'inducteur qui lui sont attachees pouvant ne pas exceder 1 a 2 cm, c'est a une puissance specifique de l'ordre de 10 W/cm3 que l'on aboutit, soit donc a plusieurs kW/kg. Ces previsions devraient suffire a encourager une etude approfondie de la technologie de ce genre d'appareil, puisque, sans faire appel a des progres hypothetiques dans la qualite des milieux fluides isolants, elles indiquent une puissance specifique franchement superieure a celle des machines electromagnetiques.

 A ce propos, je voudrais mentionner le facteur peut-etre le plus decisif dans la stagnation des generateurs electrostatiques : c'est le fait que, depuis pres de 70 ans, la question n'attire qu'un tres petit nombre de personnalites et que, par voie de consequence, les progres realises sont le fait d'individualites isolees, ce qui n'est pas le moins du monde favorable a des progres rapides et solides. Beaucoup d'entre nous ont remarque a quel point la notion d'inventeur est en passe de s'estomper dans la vie industrielle moderne; le progres n'a lieu que parce qu'une foule de personnes douees s'attelle a une question, soit en cooperant dans la meme entreprise ou le meme organisme de recherche, soit meme en etant en competition, chacun incitant l'autre a de nouveaux efforts par les resultats qu'il obtient.

 Il n'en est absolument pas de meme dans le domaine qui nous occupe. On peut encore, a tort ou a raison, se piquer d'y faire Ïuvre d'inventeur. Si paradoxal que puisse paraître ce jugement dans ma bouche, je pretends que c'est en definitive un mauvais signe : cela prouve que le sujet n'est pas assez travaille, que la competition n'est pas assez ouverte et que les moyens mis en jeu sont totalement insuffisants.

  En fin de compte, le facteur le plus decisif pour l'avenir de la generation electrostatique sera la prise de conscience du fait que ce probleme est encore tout neuf, qu'a l'instar d'autres questions d'allure beaucoup plus moderne il a un immense avenir devant lui, qu'il ne s'agit pas d'etudier les generateurs electrostatiques comme des solutions particulieres convenant a quelques problemes isoles, mais d'en faire dans la realite concrete ce qu'ils auraient toujours dù etre dans l'enseignement de l'electricite, un des deux types fondamentaux de machines electriques, conformement au principe de dualite.

Tandis que ce principe est familier a tous les radioelectriciens, l'idee meme d'une symetrie, theorique ou pratique, entre les machines electrostatiques et les machines electromagnetiques, est restee jusqu'a present totalement etrangere, non seulement aux ingenieurs praticiens, mais meme a tous les professeurs d'electricite ou d'electrotechnique; c'est pourquoi les tres rares personnalites qui, dans le passe, se sont faits les protagonistes de la symetrie entre les deux types de machines meritent a cette heure une mention toute particuliere. Je nommerai tout d'abord le Professeur OLLENDORF, actuellement a lUniversite de Haïfa, qui, il y a bien longtemps, en 1923, a publie un remarquable travail, purement theorique, mais extremement interessant et stimulant par les aperçus qu'il ouvre sur la correspondance entre les machines electrostatiques et electromagnetiques de tous les types imaginables [12]. Je mentionnerai aussi avec beaucoup de plaisir, etant donne sa participation a notre conference, la these presentee par le Professeur John G. TRUMP, il y a de cela pres de trente ans, et dans laquelle, avec une audace intellectuelle peu commune et en tout cas extraordinaire pour l'epoque, il n'hesite pas a envisager le transport de l'energie du fleuve Saint-Laurent jusqu'a la ville de New York par un ingenieux systeme de generateurs et de moteurs electrostatiques [13]. Il est vraiment dommage que ce genre d'initiative ait ete jusqu'a present aussi rare et il est encore plus regrettable que l'appui qui leur a ete donne sur le plan des realisations par les organismes de recherches ou par les firmes industrielles soitreste jusqu'a nos jours aussi mince. Sans aucun doute, lorsque l'optique dans laquelle les machines electrostatiques sont envisagees aura suffisamment change, lorsqu'on ne les considerera plus comme des antiquites desuetes et poussiereuses mais comme le prototype d'une branche entiere de l'electrotechnique, quantite d'idees nouvelles et de possibilites se feront jour, qui ouvriront des domaines d'application entierement insoupconnes a l'heure actuelle.

Tableau d'analogie entre machine electromagnetiques ( lignes superieures) et electrostatiques ( lignes inferieures) selon le principe de dualite.

(a)

- une spire / champ electrique B

- le bord d'un secteur quelque soit sa largeur / champ electrique E

(b)

- Alternateur electromagnetique monophase a une spire

- Alternateur electrostatique monophase a 2 secteurs

(c)

-Alternateur electromagnetique polyphase / autant de phases que de spires

- Alternateur electrostatique polyphase / autant de phases que de secteurs

(d)

- Alternateur electromagnetique polyphase / 4 phases par couplage serie des spires

- Alternateur electrostatique polyphase / 4 phases par couplage parallele des barres

(e)

- generateur electromagnetique de tension continue / toutes les spires en serie

- generateur electrostatique de tension continue / toutes les barres en parallele

(f)

- generateur electromagnetique de tension continue / toutes les spires en parallele

- generateur electrostatique de tension continue / toutes les barres en serie

(g)

- transport d'energie a tension constante realise par l'association de generateurs non reciproques de (e) et de (f)

Comme conclusion generale de sa communication,le Professeur Felici s'est adresse aux membres etrangers dans les termes suivants :

As a conclusion, I'd stress the significance of the duality principle for a proper understanding of the future of electrostatic generation. Electrostaties bas been considered so far as a particular solution for particular problems, and not as the dual of electromagnetics, even theoretically. Thus, the tremendous potency of electrostatics has been veiled to the eyes of both physicists and engineers, leaving aside a few exception like Prof. OLLENDORF of Haïfa and Prof. John G. TRUMP of M.I.T., who, in the past, defended the idea of a symmetry between both kinds of machinery. We must propagate the watchword that electrical engineering bas failed to reach its ultimate goal, as long as the symmetry, postulated by the duality principle, is not illustrated by every-day practice.

  But, may ask the so-called reasonable critic, how can theories be embodied in serviceable equipment, as long as engineering does not give the clue ? May 1 reverse the sentence and ask, how long shall we wait for engineering solutions, if we do not convince engineers that theory shall find its embodiment ? The process of embodiment of ideal creations in visible things bas been the most mysterlous and fascinating of all phenomena, and no calculating machine bas yet been devised to ascertain the feasibility of a design or the true course to achieve it.

  Providence gives us no pledge, said a German writer, and invention is an act of faith, not a trick of engineering. Even if we passed the time of inspiration, and reach the verge of old age, we need not abandon the quest, since concentration of thought, if we abide by the same idea in the whole course of life, may prove of incredible power.

  To illustrate that power, the old Chinese philosopher CHOANG Tzu would tell of a strange experience of his. While taking a stroll in a forest, he happened to meet an old man, rather senile, who caught cicadas with a stick. He transfixed them while in flight, and never missed one. Marvelling at the sight, CHOANG Tzu asked him how he could contrive such a trick at his age, while youngsters in the prime of life would hardly achieve it. « There is no trick in that » answered the old man. « As a young man, I decided to devote my life to the hunting of cicadas. For a long time, 1 only watched them flying. After ten years, 1 had a first try, but 1 failed. After twenty years, 1 became more successful, but my concentration of mind was not yet strong enouth. By now, it is done. In this forest, among those huge trees, wild beasts, fragrant flowers, 1 know nothing but cicadas, and, therefore, they cannot escape me ».

One, of course, may laugh at the man who ignored the whole Universe for the sake of cicadas. There is, however, a profound sense in CHOANG Tzu 's tale. Nothing can be achieve if, wandering in the forest of life, we only pick flowers, listen to the birds, or watch the clouds gathering and dissolving in the sky. To give an actual illustration of CHOANG Tzu's parable, let us remember the fascinating story of HARRISON'S marine chronometer. HARRISON embarked on clockwork research as a young man, but, for 15 years, he only had training on pendulum clocks, which, of course, are of no use on board a ship. He was 36, when he took up his first marine clock, and he spent another 20 years in inconclusive attempts. The Board of Longitude, however, exercised its powers to make HARRISON a grant of money towards further research. Thus, at 56, he started designing his masterpiece, which was not completed before he was 68. The clock was twice tested on board a British vessel, sailing to Jamaica, with incredible success. But the Commissioners for Longitude were not as yet satisfied. HARRISON had to disclose his know-how to a panel of scientists and horologers, and another clockmaker was commissioned to make a duplicate of HARRISON'S timepiece. Only after that model had been carried by Captain COOK on board his ship, and proved of immense value, did HARRISON receive his well-deserved reward. We ought to remember that reasonable scientists, during most of the 18th century, considered the so-called « problem of longitude » as impossible, as reasonable electrical engineers would nowadays regard any proposal of powerful electrostatic machinery. Thus, if we are to solve the last big problem of electrical engineering, if we want the grand idea of electrostatic power transmission to come true, we must think better of playing with basic equations, and contenting ourselves with theoretical conclusions.

  It is very comforting to see the revival of interest in electrostatic generation, which bas recently been initiated by ion rocket research. But this revival will quickly die out, if we fancy that routine laboratory work, contributed by a few individuals in the course of some official contract, will easily outweigh the towering body of technology, engineering experience, and mental adhesion, slowly accumulated by electro-magneties in the last hundred years.

  We ought to make it clear to research authorities that progress in electrostatic generation will have consequences as far reaching as those of space navigation itself. It is, of course, a good thing if a trifling amount of the enormous expenses devoted to space propulsion may be diverted for the benefit of electrostatic research. We, however, must insist on this research going on, whether or not it eventually proves fruitful for some particular application.

Anyone engaged in applied research need not treat the design of gadgets with disdain if they exemplify the potency of the forces lie wants to harness. He, nevertheless, should not become a mere time server. As a great American critic put it, « if he starts sniffing the air, or glancing at the Trend Machine, he is as good as dead, although he may make a good living ».

REFERENCES

[1] Le P. SCHAFFERS, La Machine a Influence, Gauthier-Villars, Paris (1908)

[2] N. J. FELICI, Journal de Physique et le Radium, serie 8, to 8, janv. 1947.

[3] N. J. FELICi, Recent Developments and Future Trends in Electrostatic Generation. Direct Current (1959).

[4] N. J. FELICI, Annales des Telecommunications, to 9, n' 2, fev. 1954; et Direct Carrent, vol. 1, n' 5, juin 1953.

[5] B. MOREL, Annales de l'Universite de Grenoble (1948). N. J. FELICI, Journal de Physique et le Radium, serie 8, to 9, fev. 1948.

[6] N. J. FELICI, Journal de Physique et le Radium, serie 8, to 9, fev. 1948.

[7] LANDWERLIN, Brevet français.

[8] HOCHBERG, Examen des Generateurs Electrostatiques de Courant Continu a Haute Tension. Journal de Physique Technique de l'U.R.S.S., vol. 10, n, 3, 1940 (en russe).

[9] BOBKOVSKY, Theorie Generale des Generateurs Electrostatiques. Journal de Physique Technique de l'U.R.S.S., vol. 10, n* 17, 1940 (en russe).

[10] Elie GARTNER, Revue generale de l'Electricite (1953).

[11] N. J. FELICI, Annales des Telecommunications, to. 9, n' 2, fev. 1954.

[121 OLLENDORF, Uber Kapazitatsmaschinen, Archiv. für Elektrotechnik 12 Band, 4 Heft (1923).

[13] John J. Trump, These, Vacuum Electrostatic Engineering, M.I.T. (1933).

DISCUSSION

Prof. TRUMP. - I think il is most refreshing and stimulating to hear Prof. FELICI speak philosophically about the need of approaching electrostatics in a most fundamental way and about the extraordinary value of continued concentration over a long period of time, if I may accept his Chinese parable. Progress in these fundamental arts does come slowly and it is true that only a small handful of people have had a continued interest in electrostaties during the present century. Thinking of this slow progress. I am reminded of the long delay in events in the beginning of electrostatics.Thales of Miletus perhaps was the first man to demonstrate electrostatic phenomena, at least of record, when he rubbed amber to produce the effects of attraction and repulsion. But it was Otto von GuERicKE who produced the first machine by rotating a globe of sulphur and exciting it frictionally with his hand. The improvements then came, as you well know,so very slowly; the globe of sulphur was replaced with an empty sphere of glass, and then, was it Isaac NEWTON who replaced the sphere with the cylinder ? Finally, RAMSDEN, about one hundred years after Von Guericke, had replaced the cylinder of glass with a dise of glass; and now we find electrostaties bas moved back to the cylinder, and the dise, and the bell. And so the wheels of time and of science in electrostaties grind slowly on.I would like to say, Prof. FELICI, that in your remarks I recognise a sympathy, in fact a strong conviction, in favour of electrostaties for direct as distinct from alternating current. 1 would agree most whole-heartedly that the full potentialities of electrostatics, especially in the power field, can bc realised only if they are d. c. devices, and indeed the future of really electrostatically generated this is the best way of doing it, but because the advantages of transmission lie in that modality. So thank you again for that very fine talk.

Professeur PAUTHENIER. - Il ne me reste qu'a remercier en votre nom Monsieur le Professeur FELICI qui a si bien expose les principes de la science qu'il a renouvelee et où les plus anciens d'entre nous ont commence leurs etudes avec cette idee : on nous avait bien dit qu'il y avait en physique deux regions de l'espace où il n'y avait rien a explorer, rien a faire, c'etait l'acoustique et l'electrostatique. He bien, ces deux regions ont pris brillamment leur revanche. D'abord, c'etait l'acoustique et puis ensuite est venue l'electrostatique, au developpement de laquelle en somme ne contribuaient plus a ce moment-la que quelques amateurs. Et de quelques amateurs doues d'intuition faisant des machines electrostatiques (Dieu sait si il y en a) tant qu'on n'aura pas mis cette science sur des bases vraiment scientifiques, il est bien certain, comme l'a dit M. FELICI tout a l'heure, qu'il n'y a rien a esperer maintenant meme qu'on soit oblige de restreindre le champ de son travail, le champ de ses recherches, pour mener les choses a bien. Certainement il reste a dire que, en France, Monsieur FELICI est un des rares qui ont mis puissamment cette science sur des bases nouvelles en y introduisant des mathematiques et de la methode et en somme nous sommes sur une voie qui donne les plus grandes esperances. Nous esperons en particulier, meme les utilisateurs d'electricite haute tension dans la precipitation electrique par exemple, que bientot les generateurs de ce genre seront a meme de releguer ceux qu'on emploie aujourd'hui et qui sont trop compliques pour la tache qu'on leur demande.


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