L'immortalité électrostatique de James Wimshurst

May 27, 2023

L’ingénieur britannique James Wimshurst n’a pas inventé la machine qui porte son nom. Mais grâce à ses nombreux perfectionnements à un type distinctif de générateur électrostatique, nous avons maintenant la machine d’influence Wimshurst.

Les machines d’influence remontent au 18ème siècle. Ils sont une classe de générateur qui convertit le travail mécanique en énergie électrostatique par induction. Au milieu du 19ème siècle, les physiciens allemands Wilhelm Holtz et August Toepler avaient chacun développé un modèle comportant des disques de verre verticaux rotatifs. C’est ce style de générateur que Wimshurst a commencé à bricoler dans son atelier à domicile au début des années 1880. En 1883, il avait consolidé son projet.

La machine Wimshurst telle qu’elle existe aujourd’hui a deux disques isolés, souvent en plastique mais parfois encore en verre, avec des plaques conductrices métalliques positionnées autour des jantes. Les disques sont montés sur un seul essieu et tournent dans des directions opposées lorsqu’ils sont entraînés par une manivelle.

Au fur et à mesure que les disques tournent, une petite charge de départ, positive ou négative, sur une plaque métallique se déplacera vers une brosse à double extrémité sur le deuxième disque. Lorsque la plaque s’aligne avec la brosse, elle induit une charge égale et opposée sur la plaque qui se trouve directement en face de celle-ci sur l’autre disque. La charge résultante provoque à son tour une charge opposée sur une plaque du premier disque. Pendant ce temps, les plaques sur le deuxième disque induisent des charges sur le premier disque. Les peignes collecteurs métalliques séparent les charges en positives et négatives et les conduisent à deux condensateurs pot de Leyde. L’accumulation finit par se décharger avec une étincelle qui saute l’espace entre deux terminaux, et le processus recommence. Une machine Wimshurst de table pourrait produire jusqu’à 50 000 ou 60 000 volts, comme le montre cette vidéo :

Animez-le - Wimshurst Machinewww.youtube.com

La conception simple était facile à reproduire et à utiliser, et les machines Wimshurst ont donc trouvé leur chemin dans les laboratoires, les écoles et même les maisons des Victoriens aisés. En raison de la haute tension qu’ils pouvaient produire, les machines ont été utilisées pour exciter les tubes de Crookes et générer des rayons X pour l’imagerie médicale au début du 20ème siècle.

Lorsque Wimshurst mourut subitement à son domicile le 3 janvier 1903 à l’âge de 71 ans, les rédacteurs de Nature le trouvèrent digne d’une nécrologie. Vingt-neuf ans plus tard, à l’occasion du centenaire de sa naissance, Nature publie à nouveau une note le qualifiant de « parmi les inventeurs les plus connus de machines électriques de la dernière partie du XIXe siècle ». Et pourtant, à ma connaissance, il n’y a pas de biographie complète dédiée de l’homme. En fait, la plupart des recherches en ligne donnent le même ensemble de détails notés dans les rapports originaux de Nature: il était le fils du constructeur naval Henry Wimshurst (le constructeur pionnier du navire hélicoïdal Archimedes); apprenti à la Thames Iron Works; inspecteur de navire au Lloyd’s Register; de 1865 à 1874, chef du Liverpool Underwriters' Registry ; et enfin pendant les 25 dernières années de sa vie active, jusqu’à atteindre l’âge de la retraite obligatoire de 67 ans, arpenteur principal de l’arpenteur de marine pour la Chambre de commerce.

James Wimshurst a développé ses machines éponymes pendant son temps libre. Le jour, il était arpenteur de marine pour le British Board of Trade.Antônio Carlos M. de Queiroz/Wikipedia

Les activités électriques de Wimshurst étaient entièrement un passe-temps, quelque chose qu’il faisait pendant son temps libre dans sa maison de Clapham dans le sud-ouest de Londres. Avec l’aide de ses deux fils, il crée un laboratoire et un atelier où il bricole des machines à influence jusqu’à ce qu’il perfectionne son design. Wimshurst a fabriqué plus de 90 de ses machines éponymes. La plupart s’adaptent facilement sur une table, comme celle-ci conservée au Science Museum London, qui mesure 56 par 67 par 30,5 centimètres. Mais il a également créé une machine exceptionnellement grande de 2,1 mètres de haut et exposée au Musée des sciences et de l’industrie de Chicago. (La machine illustrée en haut se trouve au Yale Peabody Museum of Natural History, à New Haven, dans le Connecticut. Il a été fabriqué en Allemagne et vendu aux États-Unis par James W. Queen & Co.)

Wimshurst n’a jamais breveté aucun de ses raffinements à la machine, mais il était impatient de faire connaître ses inventions. En 1886, il publie un livre, Static Electricity. La « machine à influence » : comment la fabriquer et comment l’utiliser. Et le 27 avril 1888, il prononce une conférence sur les machines de l’Institution royale. Reconnu pour ses réalisations scientifiques, il est élu membre de la Royal Society en 1898. Il a également été membre de l’Institution of Electrical Engineers et de la Rӧntgen Society, et membre du conseil d’administration de la Royal Institution.

Mais la partie de l’histoire de Wimshurst que je trouve la plus intéressante se trouve dans le dernier paragraphe de la nécrologie de Nature : « Toutes les recherches scientifiques de M. Wimshurst ont été faites par pur amour de l’œuvre, et il a obstinément refusé d’en accepter tout avantage pécuniaire. » C’est peut-être la raison pour laquelle les historiens n’ont pas encore écrit sa biographie : ils ne savent pas comment traiter un inventeur vraiment altruiste.

Les machines Wimshurst sont facilement disponibles à l’achat aujourd’hui. Ils sont encore utilisés dans les écoles et les musées des sciences pour démontrer les bases de l’électricité. Vous pouvez également créer votre propre appareil avec des articles provenant d’une quincaillerie.

Dans le volume 17 du magazine Make (2009), le passionné de steampunk connu sous le nom de Jake von Slatt a décrit comment construire une machine Wimshurst. (Von Slatt est également apparu dans l’article d’octobre 2008 de l’IEEE Spectrum « The Steampunk Contraptors. ») Ses instructions mises à jour sont disponibles en ligne dans une série en cinq parties.

Si vous décidez de tout faire pour fabriquer votre propre machine Wimshurst, je vous suggère de passer à l’étape logique suivante de la planification d’un dîner autour d’astuces de salon victoriennes. Plutôt que de briser Monopoly, Trivial Pursuit, ou Parcheesi encore une fois, pourquoi ne pas faire la fête comme les Victoriens, qui étaient apparemment fous d’électricité.

Pour être clair, les Victoriens poursuivaient simplement une tendance qui remontait à plus d’un siècle; Ben Franklin aimait aussi divertir ses invités avec des jeux à base d’électricité. Grâce à la simplicité de la machine Wimshurst, les fêtards des années 1890 disposaient d’une source fiable d’électricité facile à générer.

Un jeu populaire s’appelait le baiser électrique: montez votre machine Wimshurst, demandez à un couple de courtisans de saisir chacun l’un des condensateurs et demandez-leur de se pencher pour une surprise. C’est un peu plus choquant que de faire tourner la bouteille. Bien qu’aucune des publications que j’ai examinées ne montre d’inquiétude au sujet du couple qui s’embrasse accidentellement électrocuté, le site Web du département de physique de l’Université de l’Indiana porte un avertissement sur la démonstration de sa machine Wimshurst: « Peut produire des chocs mortels lorsqu’il est connecté à trop de pots de Leyde ».

Fait partie d’une série continue qui examine des artefacts historiques qui embrassent le potentiel illimité de la technologie.

Une version abrégée de cet article apparaît dans le numéro imprimé de juin 2023 sous le titre « Wimshurst’s Electrostatic Immortality ».