Magnétohydrodynamique (MHD) La petite histoire Comprendre simplement Domaines de présence Son interprétation dans l'avenir Les références Mais encore …

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© Science & Vie (avril 1991)

La petite histoire  Up Page Origine, raisons, hasard Le premier à parler de magnétohydrodynamique (MHD) a été le physicien anglais Michael Faraday (1791-1861).

Comprendre simplement  Up Page Pionniers Les pionniers de la MHD appliquée pour se déplacer ont été les américains O.M. Phillips "The Prospects for magnetohydrodynamic ship propulsion" - J. of research, 1962 à Rockville et S. Way "Propulsion of submarines by Lorentz forces in the surrounding sea, ASME publication, 1965 à Pittsburg et aussi Rice qui en ont analysé les grands principes.

Domaines de présence  Up Page Instabilité de Vélikov Dans ces années-là on rêvait aussi de produire de l'électricité grâce à la MHD en faisant passer des gaz très chauds dans un champ magnétique, on pouvait par induction produire de l'électricité, malheureusement des problèmes insurmontables (l'instabilité de Vélikov) ont tôt fait de réduire à néant tous les espoirs, les rendements étant insuffisants.

Son interprétation dans l'avenir  Up Page Déplacement dans l'air Dans les années 75, Jean-Pierre PETIT fut le premier a décrire la MHD comme moyen de déplacement dans l'air .Inutile de préciser que cela a été le début de ses ennuis avec la science officielle. Aujourd'hui la MHD intéresse les militaires russes, français et américains et certainement d'autres pays. Ce sont des travaux confidentiels, d'où leur agacement quand Jean-Pierre PETIT l'applique à certains types de déplacement d'OVNI.   Les Russes En 1831 Faraday démontra dans une expérience originale la possibilité de produire du courant par voie magnétohydrodynamique.  Il se rendit à l'embouchure d'une rivière d'eau saumâtre, convenablement orientée vis-à-vis du champ magnétique terrestre, et immergea de part et d'autre du flot des électrodes de cuivre. En les commutant il recueillit un faible courant. De nos jours la rivière est remplacée par une tuyère supersonique crachant un gaz à forte température (2 500°K) et le sel marin par du césium, corps facilement ionisable, tandis qu'au champ magnétique se substitue celui créé par un puissant solénoïde, et qui peut atteindre des dizaines de milliers de gauss.  Les particules chargées, ions césium et électrons libres, défilant dans l'entrefer de l'électro-aimant à plus de mille mètres par seconde, prennent des trajectoires incurvées exactement comme une chambre à bulle. Ceci se traduit par une migration transversale des électrons, donc par un courant qui peut être collecté par des électrodes convenablement disposées et réunies par une résistance de charge. Dans la pratique les électrodes sont commutées par paires, pour donner plus de régularité à la nappe de courant. Les trajectoires des électrons ne sont en fait  pas aussi simples. Les électrons entrent constamment en collision avec les atomes neutres, les ions et les autres électrons, ce qui est d'ailleurs aussea complexe à étudier sur le plan théorique. Le professeur Latychev, de Moscou, conserve un fragment du premier générateur construit en Union Soviétique "les électrodes se disloquèrent au bout d'une minute, le reste de l'appareil au bout de deux!". Velikhov, alors jeune chercheur à l'institut Kurtchatov des hautes températures, pronostiqua l'apparition, en quelques microsecondes, d'une instabilité électrothermique ou d'ionisation, sorte de turbulence électromagnétique, qui devait considérablement nuire au fonctionnement des convertisseurs MHD basés sur l'ionisation hord d'équilibre. Dans les laboratoires du monde les lignes de courant électriques se mirent à se tortiller bizarrement, sans que l'on puisse rien y faire. Partout on enregistrait une fluctuation caractéristique des courants débités dans les résistances de charge, s'accompagnant d'une chute brutale de rendement. Il est d'ailleurs facile de provoquer l'apparition de cette instabilité en laboratoire. Il suffit de placer une diode emplie d'un gaz rare quelconque, dans l'entrefer d'un électro-aimant, même de faible puissance. Dans la colonne lumineuse apparaissent aussitôt des strates caractéristiques inclinées, signature du phénomène.

Les références  Up Page Réseau Pepe On nous cache tout Ovnis et armes secrètes américaines Jean-Pierre Petit Science & Avenir août 2006 n°714 Science & Vie juin 1961 n°525 Science & Vie octobre 1974 n°685 Science & Vie avril 1991 n°883   Pourquoi ce site Je crois que, si les êtres humains que nous sommes ne parviennent pas toujours à évoluer comme ils le souhaiteraient _à s'épanouir professionnellement, sentimentalement et sexuellement (ce que j'appelle les trois pôles d'intérêts) c'est parce qu'il y a des barrages qui entravent leur désir d'accéder à un rêve inachevé. Je pars du principe que tout est possible, à condition de s'entourer de gens qui nous poussent à croire en nous.   Contribuer au Réseau Pepe Ce site est avant tout une encyclopédie ouverte à l'imagination et au savoir, où chacun(e) d'entre vous peut participer. Si vous avez envie de partager une passion, ou si vous sentez le besoin de vous exprimer sur un point précis, je vous invite à m'adresser un e-mail (adresse électronique accessible sur ma page d'accueil).

Mais encore …  Up Page Ce que vous avez toujours voulu savoir Les Américains détiennent, depuis 1980, des torpilles MHD filant à plus de 2 000 km/h. Ils possèdent aussi un hypersonique, "Aurora", volant à 10 000 km/h et 60 kilomètres d'altitude. Cet avion espion "satellisable" est le successeur du SR-71 "Blackbird'. Les Russes avaient un projet semblable, "Ajax". Il n'a pu aboutir faute de moyens financiers. "Le seul à avoir continue à s'intéresser à la MHD, où il a joué un rôle de pionnier que les Américains connaissaient d'ailleurs parfaitement, c'est ... Jean-Pierre Petit." Jacques Benveniste   L'Ajax Ce dessin représente un appareil à forte flèche en-dessous dequel semblent accrochés quatre moteurs. Tout le problème vient du fait  que cette machine est présentée comme un appareil hypersonique, c'est-à-dire évoluant à un nombre de mach très élevé, largement supérieur à 4, ce qui impliquerait que les Russes aient trouvé un moyen de franchir le "mur de chaleur".   Fusée véloce C'est le frottement qui freine l'avancement dans l'eau des fusées sous-marines, comme de tous les corps fuselés ou non. Or, une expérience réalisée chez Conviar a démontré que cette traînée de frottement peut être réduite de plus de 90 %, à condition de chauffer énergiquement la surface du corps; la couche de vapeur produite lubrifie le glissement dans l'eau. Les Russes avaient déjà employé cette technique sur des navires, en éjectant de la vapeur surchauffée à haute pression par des orifices placés au voisinage de l'étrave. Une méthode analogue, étudiée par la N.A.S.A., aurait permis de réduire de 60 % la traînée d'un projectile hyopersonique dans l'air: par injection d'hélium. Et il n'est pas impossible que cette combinaison de gaz contribue à diminuer l'échauffement des projectiles dû au frottement.   X43 Des ingénieurs seraient parvenus partiellement à inventé des matériaux qui rendent invisibles aux ondes optiques et radar. Cette exceptionnelle furtivité est assurée par la maîtrise de métamatériaux obligeant les ondes à contourner l'objet qui en est couvert. En théorie, cette invisibilité a été postulée récemment par des chercheurs américains et anglais (Science & Avenir n°713, juillet 2006). En pratique, nous sommes loin d'y parvenir dans le domaine visible, car les longueurs d'onde sont très courtes. Le prototype sans pilote X43 possède un incroyable moteur qui l'envoie à Mach 10 (plus de 11 000 kilomètres par heure) sans souci. La Nasa atteint une telle vitesse en novembre 2004, mais pendant quelques secondes seulement, et il avait été lancé par un avion. C'est grâce à ma magnéto-hydrodynamique (MHD) qu'une telle vitesse est possible sans trop de difficulté. Ce principe est connu depuis plus d'un siècle. Un fluide conducteur traversé par un courant électrique et mis en présence d'un champ magnétique subit une force d'accélération,ou de décélération selon les directions des champs. Le fluide peut être de l'eau ou de l'air (à condition de l'ioniser préalablement). Dans un statoréacteur conventionnel, l'air est ralenti dans la tuyère afin de brûler le mélange combustible et d'éjecter ainsi les gaz pour la propulsion. Au maximum, on atteint Mach 6. Au-delà, comme pour le X43, la combustion a lieu avec un air supersonique, ce qui complique les choses. Avec la MHD, c'est plus simple en théorie. L'air est d'abord ionisé, puis ralenti lors de son admission dans la tuyère, en présence d'un champ magnétique. Ce coup de frein crée, par effet MHD inverse, du courant électrique, stocké pour servir ultérieurement. Puis l'air, non supersonique, est brûlé et les gaz éjectés. Maus un coup de pouce est donné grâce à la MHD qui utilise le courant produit dans la phase de ralentissement.   Avion furtif B2 (ou subsonique Spirit) Un témoin des plus digne de foi, en 1997, décrit un B2 évoluant à trois heures du matin autour de la base Edwards (non, il ne peut s'agir de l'illumination de condensations de vapeur d'eau au bord d'attaque par les phares d'atterissage, bien visibles. Le climat est beaucoup trop sec dans cette région du désert Mojave). On voit ainsi le B2 évoluant, de nuit, avec son système de contrôle MHD d'entrées d'air en action.   Un sous-marin à réaction Silence, rapidité et souplesse d'utilisation, tels sont les avantages que l'on attend d'un sous-marin à propulsion magnéto-hydro-dynamique. A l'intérieur de chaque propulseur en forme de tube (1), deux électrodes (2 & 3), lorsque le contact est établi, engendrent un champ magnétique (flèches jaunes) _ donc un courant _ transversal dans l'eau de mer à l'intérieur du tube; et un bobinage supraconducteur (4) qui, lorsqu'il est alimenté par un courant (5), produit dans l'eau un champ magnétique. L'interaction de ces deux champs exerce sur l'eau de mer, conductrice (quoique faiblement), une force (6), dite de Laplace-Lorenz, perpendiculaire à la fois au champ magnétique et au champ électrique. C'est cette force électromagnétique qui pousse l'eau vers l'arrière. Par réaction, le sous-marin est poussé en avant. Ce type de propulsion MHD est dite "à conduction et à écoulement interne": à conduction parce que l'on crée un courant électrique dans l'eau de mer grâce à des électrodes; à écoulement interne parce que ces champs électrique et magnétique s'exercent sur l'eau de mer à l'intérieur d'un tube.   Les trois rendements de la nouvelle propulsion Rendement électrique Il prend en compte les pertes électriques par échauffement (effet Joule) dû à la résistance de l'eau de mer et des différents composants du circuit, et par électrolyse ... Le rendement électrique est à peu de chose près proportionnel à la conductivité du liquide et au carré de l'intensité du champ magnétique; c'est pourquoi le recours à des aimants supraconducteurs compense la très faible conductivité de l'eau de mer.   Rendement propulsif La vitesse de l'eau dans le canal sous l'effet de la force propulsive est généralement plus grande que la vitesse de déplacement du bateau. La différence correspond à des pertes "par glissement" qui ne contribuent pas à la propulsion.   Rendement hydrodynamique Il prend en compte les "pertes visqueuses", autrement dit, les pertes par frottemment de l'eau avec les parois du bateau. Le rendement d'un propulseur dépend de ses caractéristiques physiques (configuration géométrique, dimensions, intensité des champs), mais aussi des conditions de fonctionnement: le rendement est maximal pour des conditions données. Par exemple, on peut améliorer le rendement propulsif en jouant sur la géométrie du canal, mais cela n'avantage pas nécessairement les autres composantes du rendement. Le rendement propusif dépend aussi de la vitesse du bateau, qui est bien évidemment variable ... Comme la forme de la tuyère, elle, ne peut être changée, elles doit résulter d'un compromis qui dépendra finalement des performances et caractéristiques demandées.