Nikola Tesla : la promesse (The Pledge) [1/3]

« Every magic trick consists of three parts, or acts. The first part is called "the pledge". The magician shows you something ordinary. A deck of cards, a bird or a man. He shows you this object. Perhaps he asks you to inspect it, to see that it is indeed real, unaltered, normal. But, of course, it probably isn't. »
« The Prestige », Christopher Nolan

La place de Nikola Tesla (1856–1943) dans l'imaginaire et la culture scientifique est très singulière. En tant que physicien professionnel, son nom n'a longtemps été associée pour moi qu'à l'unité physique dans laquelle s'exprime le champ magnétique et j'aurais été bien en peine, il y a quelques années, de dire pourquoi au fait on a ainsi honoré sa mémoire. Par ailleurs, son nom surgit spontanément dans les discussions abordant la science et la technologie au tournant du XIX^e et du XX^e siècle, Nikola Tesla étant alors présenté comme un inventeur de génie, un grand visionnaire qui aurait été en avance de plusieurs décennies sur la science de son temps, muselé par la « science officielle », voire un extraterrestre venu de Vénus pour éclairer le monde, littéralement. Bref.

« Internet est la meilleure et la pire des choses », disait un philosophe grec dont le nom m'échappe (e-sope ?) et je me suis plutôt tourné vers des livres, des biographies publiées, pour tenter d'y voir plus clair. Je me suis plongé dans deux d'entre elles, « Tesla: Inventor of the Electrical Age » de Bernard Carlson (Princeton University Press, 2013) et « Wizard, the life and times of Nikola Tesla » de Marc Seifer (Citadel Press,1998).

 

Ces deux excellents ouvrages d'un peu plus de 500 pages chacun sont extrêmement bien documentés. Méfiez-vous d'un ouvrage d'histoire des sciences qui ne comporte pas de notes (en bas de page ou finale) précisant les sources utilisées pour étayer telle ou telle affirmation. Ceux-ci en sont largement pourvus, faisant référence à des correspondances, des brevets, des livres, des interviews, etc. J'ai une nette préférence pour le premier (j'y reviendrai), dont l'auteur n'essaie pas d'y prouver le génie de Tesla ni de défendre a posteriori des honneurs qui lui auraient été refusés de son vivant. Le découpage en chapitres est purement chronologique, s'intéressant aux différentes phases (ah ah ah !) de la vie de Tesla et décrivant ses réalisations aussi bien que ses aspirations et ses projets avortés, en séparant bien les uns des autres. L'auteur fait de son étude une analyse passionnante des rapports entre l'innovation, l'entreprenariat et l'invention. C'est au Tesla scientifique/inventeur que je vais m'intéresser pour commencer, en me concentrant sur deux points : ce qu'il a vraiment fait (voir aussi ce lien très intéressant par Dr. Goulu) et ce qu'il n'a pas fait (voir dans le billet compagnon). Il se trouve que ce découpage correspond aussi assez bien à deux périodes distinctes, l'une couvrant une bonne part du XIX^e siècle, l'autre la première moitié du XX^e.

Tesla était un scientifique, bien entendu, mais avant toute chose il faut préciser qu'il était un inventeur : son objectif était concevoir de nouveaux dispositifs, de mettre en place de nouvelles technologies. Il tenait à préciser ce terme, pour se distinguer de son grand rival Edison : « Tesla made a definite distinction between the inventor, who refined preexisting technology, and the discoverer who created new principles... Tesla declared himself a discoverer and Edison an inventor; and he held that the view that placing the two in the same category would completely destroy all sense of the relative value of the two accomplishments. » [1].  Contrairement à des scientifiques comme James Clerk Maxwell, Lord Kelvin, Albert Einstein, son entourage professionnel était constitué d'ingénieurs, d'industriels et d'hommes d'affaires. Ses publications sont des brevets, pas des articles dans des revues scientifiques. Il n'a que très peu contribué aux avancées théoriques en électromagnétisme ou interagi avec d'autres scientifiques. Ses rares excursions dans les domaines théoriques ont plutôt été couronnés d'échecs (si vous me pardonnez ce néologisme paresseux), j'y reviendrai en détail dans le prochain billet. Cette précision ne sous-entend aucune hiérarchie, je l'explicite car les travaux de Tesla sont suffisamment impressionnants pour qu'on n'ait pas besoin de lui inventer un rôle qu'il n'a pas eu.

Le moteur synchrone (1877–1888) et le courant alternatif (1892–1893)

À l'époque où Tesla s'intéresse à la physique et à la technologie, l'électricité est une denrée assez rare, non disponible dans les foyers comme aujourd'hui, mais le potentiel d'une distribution à grande échelle est évident et quelques villes commencent à s'équiper en éclairage public électrique. La demande industrielle en moteurs électriques performants est forte. Ceux de l'époque fonctionnent en courant continu : un stator, fixe, produit un champ magnétique statique grâce à des aimants ou des électro-aimants tandis que le rotor est équipé d'électro-aimants et de contacts électriques permettant de modifier le sens de parcours du courant électrique dans les bobines au cours de la rotation, pour assurer que le pôle nord du rotor est toujours décalé par rapport aux pôles sud du stator. Ces moteurs présentent deux inconvénients majeurs : l'usure et la sécurité. Les contacts s'usent par frottement, d'une part, et les ouvertures/fermetures brutales du circuit électrique donnent naissance à des étincelles qui endommagent aussi les pièces, quand elles ne mettent pas le feu à l'ensemble. Très tôt, Tesla se persuade que l'on peut concevoir un moteur dont le rotor serait dépourvu de ces contacts électriques et il y parvient effectivement en 1887, en créant un champ magnétique tournant dans le stator (les pièces mécaniques du stator sont toujours statiques et immobiles, mais les courants électriques qui alimentent ses électro-aimants sont ajustés pour que la direction du champ magnétique créé tourne au cours du temps).

Cette invention révolutionnaire se heurte à une réalité financière et industrielle. Pour être mise en œuvre, il faut que la distribution électrique fasse appel à des tensions alternatives, idéalement multiphasées (par exemple le triphasé actuel) alors que l'électrification du monde semble plutôt s'orienter vers des tensions continues, notamment parce que ce choix nécessite une quantité moindre de fils électriques, la facture de cuivre devenant vite rédhibitoire s'il faut tirer des lignes comportant 3 ou 4 câbles à travers le pays. Pour faire court, le partisan de la distribution continue, c'est Edison, un très grand nom, un industriel talentueux, un inventeur lui aussi : autant dire que ce n'était pas gagné pour Tesla. Et pourtant, sachant s'entourer d'entrepreneurs, sachant aussi protéger ses inventions, Tesla gagne finalement cette bataille et c'est la distribution alternative polyphasée qui s'impose un peu partout dans le monde.

La bobine de Tesla (1889–1894)

L'autre grande contribution de Tesla à la technologie électrique, c'est l'invention, en 1891, de la bobine qui porte son nom. Lorsqu'on ferme un circuit électrique contenant un enroulement de fils (une bobine) et un condensateur, il apparaît pendant un temps assez bref des oscillations électriques dont la fréquence et la durée dépend des caractéristiques des composants du circuit (c'est un régime transitoire pseudo-oscillant, pour les puristes). Tesla tire parti de ce phénomène pour concevoir des bobines dans lesquelles ces oscillations sont particulièrement intenses, en utilisant le phénomène de résonance, qu'il contribue à comprendre et à explorer. Elles peuvent alors être utilisées comme sources électriques de très haute tension à haute fréquence, par exemple pour produire des ondes électromagnétiques de fréquence supérieure au kilo-hertz, ou pour produire des arcs électriques géants, comme sur la célèbre photographie suivante [2]. Notons aussi que l'intérêt de Tesla pour les ondes électromagnétiques est purement pratique, et il se désintéresse ostensiblement des développements mathématiques qui entourent leur étude (les équations de Maxwell).

Transmission de l'énergie sans fil

Robert Carlson étudie en détail la façon de travailler de Tesla : ce dernier poussait très loin la réflexion préliminaire avant de se lancer dans la création de prototypes, n'hésitant pas à déclarer qu'il avait effectivement réalisé un dispositif alors qu'il n'avait vérifié son bon fonctionnement qu'en imagination, persuadé que ça devait marcher. Ceci lui a réussi à plusieurs reprises (cf les deux paragraphes ci-dessus) mais cela lui a aussi joué des tours. En particulier, Tesla s'est battu longtemps pour qu'on lui attribue la paternité de la communication par radio, la première expérience publique réussie dans ce domaine ayant été réalisée par Guglielmo Marconi (1874–1937). Mais dans les nombreux documents de l'époque (brevets, correspondances, etc.), rien ne permet de penser que Tesla a effectivement même essayé de transmettre un signal par voie hertzienne, même s'il est évident qu'il disposait des moyens technologiques de le faire bien avant tous les autres.

De fait, son ambition, pendant sa longue carrière, sera de transmettre de la puissance électrique sans fil (par opposition aux signaux de faible intensité transmis par la radio), afin d'alimenter les foyers et les usines en courant électrique. Et ce n'était pas par voie aérienne qu'il comptait le faire, mais par voie terrestre. Sa grande idée, celle de toute sa vie, était d'utiliser la Terre entière comme un conducteur géant et de l'alimenter en électricité d'une façon qui soit utilisable partout et sans fil. Il put réaliser ce rêve à une échelle modeste et il parvint à allumer des lampes (spécialement conçues) posées à même le sol, à quelques centaines de mètres d'un générateur géant, prototype de ceux qui devaient alimenter le monde. Le film « Le Prestige » (2006) de Christopher Nolan propose une très belle reconstitution de cette expérience !

Ensuite ?

L'ensemble de ces réalisations forme un palmarès impressionnant et au début du XX^e siècle, Nikola Tesla peut se vanter (il le fera) d'avoir joué un rôle majeur dans le développement des technologies électriques de l'époque. La situation va alors changer de manière radicale, comme nous le verrons dans le prochain billet.

Notes

[1] O'Neil, cité à la page 379 par Marc Seifer dans « Wizard, the life and times of Nikola Tesla », Citadel Press 1998.

[2] Attention il s'agit d'une double exposition, Tesla n'était pas assis là lorsque les arcs électriques ont été produits. Ce n'est pas une imposture, le but de la photo était de montrer la taille des arcs, pas de tenter de prouver qu'ils étaient inoffensifs (ce qu'ils ne sont pas du tout).