- Documents initiation MHD 1/2 paru dans Wikipedia le 13 juin 2006 -


1 - Les principes de base des

machines MHD



 

13 juin 2006

Signalé par un lecteur, un bon article, récent, dans Wikipedia

http://fr.wikipedia.org/wiki/Z_machine


15 juin 2006 : Conséquence prévisible : reprise effrenée de la course aux armements


Je le dis et je le répète : à une époque où le destin de la planète semble chaque jour de plus en plus problématique et où les visions les plus pessimistes nous disent "que nous allons droit dans le mur", une autre façon de parler de ce que d'autres ont jadis nommé Apocalypse cette percée opérée à Sandia me paraît représenter un ultime espoir et se présenter, sans avoir peur des mots comme la plus importante invention de l'homme depuis ... celle du feu. Cette de la fusion non radioactive, non-polluante c'est "le feu nucléaire", le vrai, exploitable, potentiellement bénéfique, exempt de toute retombée négative, pour qui aurait la sagesse de ne point s'en servir pour créer les armes les plus meurtrières qui soient jamais apparues sur Terre, laissant loin derrière elles l'arsenal nucléaire déjà existant ( hélas, au moment où je relis cette phrase, le lendemain la machine est déjà en route ).

C'est une idée que je vais tenter de faire passer au fil des mois en sachant que :

- Pour les nucléocrates le nucléaire conventionnel ( réacteurs, surgénérateurs, fusion par la laser ou dans des tokamaks ) indique les limites étroites de leur imagination et n'est plus que l'expression d'un puissant lobby.

- Pour les écologistes la manipulation de l'atome reste foncièrement attachée à des mots empoisonnés comme "déchèts radioactifs à longue période", altération du biotope à travers la naissance de monstres humains.

Portez donc attention à ce que je vais vous dire car cela représente peut être l'ultime chance de notre humanité planétaire de ne pas sombrer dans des déréglement susceptibles de se solder par l'établissement de pouvoirs inhumains, construits sur des milliards de cadavres et sur les restes du biotope d'une planète dramatiquement abîmé par ses turbulents locataires. Ces prémices sont déjà là. Des prophètes de mauvais augure évoquent par exemple un inévitable conflit USA-Chine, l'enjeu étant la main-mise sur les ressources en énergie et en matières premières de la planète. A mon sens ces guerres du futur se mettent discrètement en place. Je songe à cet ouvrage " Silent weapons for quiet wars " ( " armes silencieuses pour des guerres tranquilles ").

Il existe déjà une forme de guerre déjà en place : la guerre économique. C'est ainsi que les USA ont réussi en quelques décennies à venir à bout de l'Empire Soviétique, qui ne pouvait s'offrir à la fois "le beurre et les canons" et qui a fini par s'effondrer en peu d'années, comme un château de cartes, de manière aussi spectaculaire... qu'imprévue. Actuellement la Chine dissimule de son mieux l'invasion qu'elle est en train d'opérer à l'échelle planétaire, suivie de près par l'Inde, opérations d'infiltration "silencieuse" où l'arme de ces adversaires redoutables réside dans la faiblesse de leurs coûts salariaux. Imparable. Face à cet état de fait les comportements de nos politiques français ressemblent à une gesticulation pitoyable, même si notre " future dame de fer ", séduite par le mirage britannique, intelligente et manoeuvrière se place soudain en première ligne des sondages en volant à son adversaire principal les fruits de son plan de politique sécuritaire en créant une confusion au sein d'un troupeau d'éléphants sans imagination.

Bientôt les " RFID " envahiront le monde entier, et notre vie de tous les jours. La gestion des stocks, des circuits de distribution jettera sur le "marché du chômage" des millions de vendeurs et de vendeuses, de magasiniers, question évoquée puis rapidement passée sous silence par notre Panglosse médiatique, François de Closets, prônant "que tout est pour lemieux dans le meilleur monde mondialistes possibles. Bien d'autres professions seront sévèrement touchée. Tout ce quej'avais prévu se réalise. Les nanotechnologies en sont déjà à produire des "puces" invisibles à l'oeil nu, bien que dotées de mémoire, véritables mouchanrds qui se logeront dans n'importe quel objet de votre quotidien. Sous des prétextes de "sécurité" la vie privée des hommes volera en éclat, mais

Pourquoi s'en inquiéter, si on a rien à cacher, dirait de Closets

En créant le pôle " MINITEC " à Grenoble la France " se place dans la course aux RFID " contre laquelle une infime poignée de contestataires ont tenté récemment de s'élever, violemment réprimés par un pouvoir de plus en plus policier qui entend bien nier aux français jusu'au droit de manifester. Mais n'est-ce pas là un combat d'arrière-garde, un baroud d'honneur des rares individus quelque peu conscients de ce qui se met implacablement en place à l'échelle planétaire, le choix ultime pouvant se résumer à :

- Préférez-vous être envahis par des puces made in France pour d'autres "made in ailleurs" ?

Je n'en finirais plus de déployer à longueur de pages, comme je j'ai déjà fait depuis des années, toute la panoplie des catastrophes annoncées. Face à celui une forme de réponse voit soudain de jour et qui peut se résuler par l'incroyable formule :

De l'énergie à gogo, pour l'ensemble des humains, partout, sans retombées négatives, et cela à l'échelle de moins d'une décennie

Tout cela ressemble aux grands mythes comtemporains de "l'énergie libre", de "l'énergie du vide", de la "fusion froide", etc... Mais de facto cette recette nouvelle s'inscrit dans une physique classique, maîtrisée de longue date, celle de la fusion non-polluante dont nos classiques "bombes à hydrogène", exploitant la réaction :

Lithium7 + Hydrogène1 ----> deux noyaux d'Hélium4 et ... pas de neutrons

ne sont qu'une illustration hélas difficilement contrôlable.

Quel homme politique récupérera cette idée pour en faire son cheval de bataille ?

Je reste enfermé dans le cadre étroit de mon site Internet même si mon audience est somme toute assez large. Je suis de longue date interdit de médias depuis de longues années en tant qu'empêcheur de penser en rond, évoluant en marge du "scientifiquement correct". Je ne perdrais pas mon temps à envoyer à des revues comme " Pour la Science " ou "La Recherche " ou même " Science et Vie " des articles traitant du sujet de la fusion non-polluante. Ces envois ne seraient suivis d'aucun écho, d'autant plus que leur mise sous contrôle par les lobbies comme le CEA, l'armée, le commerce des armes ( groupe Lagardère, groupe Dassault, etc ) assurerait la vanité d'une telle démarche et explique un étrange silence qui perdure depuis plus de trois mois.

Je ne peux donc que tenter de sensibiliser le plus large public possible, en déployant des discours à différents niveaux et en commençant ici par le niveau le plus que j'espère le plus accessible.

Ce dont je vais vous parler a été négligé pendant trente longues années par le secteur scientifique civil ( il s'agit de MHD ). Il existe cependant des interlocuteurs qualifiés, dans l'hexagone, qui ne sont pas nos porte-parole habituels mais des ... ingénieurs militaires, encore en place ou retraités ( ce qui permet à ces derniers de parler plus librement ). Ces gens sont les alter ego de scientifiques comme Chris Deeney, maître d'oeuvre de la Z-machine de Sandia. Comme celui-ci ils ne visaient pas la "fusion pure" ( qui s'affranchit de l'intermédiaire de la fission ) mais la mise au point de fortes sources de rayons X, réclamées par les gestionaires de notre force de frappe. Des sources dont la fonction était de tester la résistance des ogives aux armes antimissiles. Même si nombre de ces chercheurs croyaient, en leur for intérieur, aux possibilités de cette autre filière ( par confinement inertiel électromagnétique ) ils durent se garder d'avancer à découvert de telles idées équi auraient aussitôt fait de l'ombre aux deux projets dominants qui sont Megajoule et Iter".

Des machines ont donc été construites, des essais ont été réalisés et des thèses soutenues, dans un cadre étroitement contrôlée dans ce "milieu fermé" qu'est le centre de Gramat, situé dans le Lot. Si des politiques veulent trouver les cautions scientifiques qu'ils seraient en droit de réclamer, c'est vers ces gens, encore en poste,et ceux-là seulement, liés à ce centre de gravité de telles recherches militaires ou, travaillant dans des secteurs de sous-traitance tout en restant liés à cette "maison-mère" qu'ils devront se tourner.

Toute cette histoire est née au début des années cinquante, du cerveau d'Andréi Sakharov, père de toute la MHD moderne ( E.P.Velikhov fut son élève ). Voici les textes fondateurs, publiés en France par la maison d'édition Anthropos.

Articles de MHD d'A. Sakharov en pdf ( réduit à 750 K, grâce à Jullien Geyffray après traitement par OCR )

Dans ces papiers vous allez trouver le principe du générateur à compression de flux, baptisé MK1, donnant de grandes valeurs de champ magnétique et utilisant des exolosifs. On trouve également, toujours actionné à l'aide d'explosifs la première description du générateur MHD "hélicoïdal". Dans le premier cas le champ magnétique se trouve emprisonné dans un cylindre de cuivre que la pression d'un explosif disposé à l'extérieur viendra tasser près de son axe. Dans le second cas un cylindre de cuivre, contenant un explosif, va se dilater en court-circuitant les spires d'un solénoïde. Dans les deux cas ce cylindre de matériau conducteur ( cuivre ou aluminium ) reçoit un nom. On l'appelle désormais un

liner

Retenez bien ce nom.

Dans moteurs à explosion on comprime des gaz à l'aide d'un piston. C'est également la pression, s'exerçant sur ce piston qui permettra de convertir de l'énergie thermique en énergie mécanique.

Il existe un autre texte plus récent ( 1996 ), en anglais, d'un niveau acceptablement vulgarisateur, diffusé par le Centre de Recherche américain de Los Alamos. Ce texte de 23 pages est un résumé du fruit de la collaboration d'un laboratoire de Los Alamos avec le "laboratoire-ville" russe Arzamas-16, dont l'existence fut longtemps ignorée des occidentaux. Pour ceux qui lisent l'anglais, voici ce document, en pdf :

Collaboration scientifique entre Los Alamos et Arzamas-16, fondée sur l'usage des générateurs à compression de flux. Pdf ( 676 Ko )

Dans ce qui suit je vais reprendre des éléments empruntés à la fois aux articles de Sakharov et à ce rapport diffusé par le centre de Los Alamos.

 

Principe de la compression de flux.

Voici d'abord l'excellente illustration extraite du rapport de Los Alamos, page 54.

Ci-après, la même figure avec des commentaires en français :

Un générateur à compression de flux de la première génération ( type modèle MK1 de Sakharov )
On distingue dans la partie centrale un cylindre de cuivre, doté d'une fente courant le long d'une de ses génératrices. Ce cylindre est situé à l'intérieur d'un solénoïde dont on distingue les spires. Les courant électrique, dans la figure est indiqué à l'aide d'une flèche de couleur rouge. Lorsque l'interrupteur est fermé le banc de condensateur alimente le solénoïde et un courant passe, qui crée un champ magnétique. Le lecteur est alors de droit de se demander " à quoi sert cette fente, dans la cylindre de cuivre ?" .Il faut se rappeler que selon les éqiations de l'électromagnétismes, les équations de Maxwell tout variation du champ magnétique dans un milieu se traduit par l'apparition en son sein d'un champ électrique (induit). Le résultat donne ce qu'on appelle la loi de Lenz. Ce courant induit entraîne le passage d'un courant, si le milieu est conducteur, bien évidemment. A ce courant est associé un champ magnétique ( dit lui aussi "induit" ) qui s'opposeà cette variation du champ ( inducteur). Imaginons donc que le tube de cuivre ne soit pas muni de cette fente. Si le chamm magnétique est créé par le passage du courant "suffisamment lentement" le champ magnétique s'établira à terme dans tous les volume disponible, à l'extérieur et à l'intérieur du tube de cuivre. Mais si ce courant est "appliqué brutalement", par décharge rapide d'un condensateur, le champ magnétique va croître au sein du tube de cuivre, qui sera le siège de courants induits. Apparaîtront alors des boucles de courant, dans ce tube, similaires aux spires su solénoïde créant le champ inducteur mais où le courant circulera en sens inverse. Le champ magnétique qui en résultera s'opposera à la montée de ce champ B au sein de ce matériau cuivre. Comme le cuivre est fortement conducteur électriquement, cet effet sera intense et pendant toute cette montée du champ magnétique inducteur, lié à la croissance du courant de décharge, le courant induit sera tel :

- Que le champ magnétique restera nul dans le corps du tube de cuivre
- Que ce champ restera également nul à l'intérieur de celui-ci.

Vis à vis de ces variations rapides du champ magnétique un tube de cuivre continu se comporterait "comme une barrière étanche", empêchant l'établissement d'un champ magnétique à l'intérieur de ce cylindre.

En fendant le tube sur toute sa longueur on empêche les boucles de courant de se former. Il apparaît bien un système de courant induits dans le cuivre, qui maintient le champ magnétique au sein de ce matériau à une valeur voisine de zéro, mais tout se passe "comme si ce champ parvenait à s'infiltrer en passant par la fente". C'est une très bonne chose de commencer à envisager le champ magnétique comme ... un gaz, associé à une pression, dite pression magnétique, qui s'écrit :

pm = B2/2 mo

avec B en teslas ( un tesla vaut 10.000 Gauss ) et mo = 4 p 10-7

Il est tout à fait licite d'acquérir l'image mentale selon laquelle "le champ magnétique va s'infiltrer à travers la fente ménagée dans le cuivre et ainsi s'établir à l'intérieur du cylindre "comme si ce conducteur de cuivre n'existait pas".

Le dispositif ci-dessus montre la présence d'un explosif entourant le solénoïde. Quand celui-ci sera mis à feu, que va-t-il se passer ? Intuitivement on aura tendance à répondre : l'explosion va comprimer le cylindre de cuivre ( qu'on appelle LINER ) et dans un premier temps la fente se refermera.

 

Passons à la figure suivante, toujours extraite du rapport de Los Alamos :

La même figure, avec son commentaire en français :

En haut, le dispositif juste après la mise à feu de l'explosif. La fente dans le tube de cuivre a disparu. On a représente les lignes de champ magnétique qui se situent à l'intérieur par des lignes bleues ( schématiquement ). Sous l'effet de la pression développée par l'explosion le " liner " de cuivre commence son mouvement d'implosion qui, si le système conserve sa symétrie initiale dont l'amener au voisinage de l'axe du système. Gardons en tête que tout ceci se joue en instationnaire. Au moment où l'implosion commence le champ magnétique a une certaine valeur, à l'extérieur du cuivre, à l'intérieur de ce liner, mais il est nul ( ou très faible ) dans le cuivre, en vertu de la loi de Lenz qui est a donné naissance à des courants induits qui se sont opposés à toute variation ( croissance ) du champ magnétique au sein de ce matériau "cuivre".

La fente s'est refermée, ce qui a entraîné une modification de la distribution du courant électrique dans ce tube de cuivre, le résultat étant que le champ magnétique qui y règne est toujours nul ou très faible.

On sait que quand un conducteur électrique est déplacé dans un champ magnétique apparaîssent en son sein des courants de Foucault ( autre conséquence des équations de Maxwell ). Ici le phénomène d'implosion rapide du tube de cuivre fait que chaque parcelle du tube, se mouvant à la vitesse V dans le champ B créé par le solénoïde ( non visible ) est soumise à un champ électromoteur V B. D'où passage d'un nouveau courant dû non à la variation de B dans le temps, mais au déplacement du conducteur "cuivre" dans l'espace. Ce courant "induit par le mouvement" ( courant de Foucault qui se présenten sous la forme de boucles de courant parcourant le tube selon les "cercles générateurs" de ce liner cylindrique ) va créer un champ magnétique. A l'intérieur du tube ceci se traduira par un renforcement de celui-ci.

L'étudiant en physique saura déduire tous ces aspects des équations de Maxwell. Pour le non-scientifique il suffira de dire qu'encore une fois "tout se passe comme si cette surface constituée par un matériau fortement conducteur de l'électricité ( le cuivre ) se comportait comme un objet "étanche" vis à vis du champ magnétique. Les lignes de champ de celui-ci ne pourront le traverser et, comme indiqué sur la figure ci-dessus "elles se tasseront", ce qui va se pair avec un renforcement local de l'intensité de ce champ.

Encore une fois l'étudiant rétablira sans peine le fait que "le flux magnétique se conserve"; c'est à dire le produit de l'intensité B du champ magnétique par l'air de la section droite du tube. Bo étant la valeur initiale du champ magnétique, par exemple 2,5 teslas, si le rayon du liner diminue d'un facteur dix l'intensité du champ magnétique sera multipliée par 100, c'est à dire que le champ, dans ce liner, atteindra 250 teslas. La pression magnétique correspondante, calculée à l'aide de la formule donnée ci-dessus sera alors à l'intérieur du liner de 250.000 atmosphères.

En 1951 Andréi Sakharov avait utilisé un système dientique, baptisé MK1 ( schéma ci-dessous ). En fin d'implosion le diamètre du liner était de 4mm. Le champ magnétique a alors atteint 2500 teslas, ce qui correspond à une valeur de la pression magnétique de 25 millions d'atmosphère. L'intensité du champ magnétique avait été mesurée à l'aide d'une simple spire, logée au voisinage de d'axe, d'un diamètre de 1,5 mm.

 

mk1

Ci-après une vue en coupe du générateur MK1 qui montre à la fois le liner fendu et la spire centrale, reliée à un oscilloscope ( à lampes ), mesure l'intensité du champ B atteint en enregistrant le courant induit ( dans la spire ).

L'Américain Fowler, de Los Alamos, inspectant un générateur MK1 à Arzamas-16, Russie
En blanc : l'enveloppe explosive

 

Il faut espérer, à travers cet exemple le plus simple, celui du générateur MK1 ( à compression de flux ) que le lecteur, même non-scientifique, aura commencé à se familiariser avec ce concept fondamentale de "liner" de surface constituée par un matériau très conducteurs de l'électricité qui se comporte comme "une paroi étanche" vis à vis d'un champ magnétique variant très rapidement. Le lecteur comprendra intuitivement que les choses peuvent varier dans les deux sens. Dans le montage MK1 "on comprime le champ magnétique en mettant en mouvement un liner à l'aide d'un explosif. Les papiers de Sakharov font état de vitesses d'implosion du liner de 10 à 20 km/s. Si le diamètre de celui-ci était de 20 cm ceci correspondrait à u n temps d'implosion de l'ordre de la microseconde.

En reprenant le document en français évoquant les travaux d'A.Sakharov et de ses collègues nous nous réfèrerons au canon à plasmoïde inventé par lui, toujours en ce début des années cinquante. Là encore on va comprimer ce "gaz étrange" qu'est le champ magnétique en déformant un liner, toujours à l'ide d'un explosif. A travers tous ces exemples on constate que la MHD est d'une richesse infinie, permettant àl'imagination des chercheurs de s'y exercer. Celle d'Andréi Sakharov était légendaire.

Avant de considérer cet étrange "canon à plasma" nous considèrerons un simple fusil de chasse, tirant des plombs, ou une simple balle. Classiquement, la vitesse de sortie est subsonique. Disons 200 mètres par seconde ( je ne suis pas chasseur. Ceux-là m'indiqueront éventuellement des chiffres plus près de la réalité ). Imaginons un homme qui se dise un jour :

- Avec une cartouche constituée par un projectile en plomb et une charge de poudre j'atteins une vitesse de 200 mètres par seconde. Enlevons le ou les plombs. Je devrais alors obtenir une vitesse de sortie incomparablement plus élevée.

Dans les faits ça n'est pas ce qui se passe, pour plusieurs raisons, ne serait-ce que parce que le gaz éjecté perd très rapidement de sa vitesse en interagissant avec l'air ambiant. La balle, elle, garde compacité et pouvoir de pénétration. Mais même si notre homme avait tiré "à blanc" dans le vide ( on pourrait imaginer qu'il s'agisse d'un "cosmonaute-chasseur" effectuant une sortie dans l'espace ) il aurait été surpris de constater que le gain de vitesse aurait été moins élevé qu'il ne l'aurait imaginé, tout simplement parce que les gaz brûlés possèdent leur propre inertie. Leur masse n'est pas nulle.

Serait-il possible d'utiliser un gaz propulsif qui, doté d'une pression aurait une .... masse nulle ? La question semble absurde, pourtant il existe une réponse positive, àcondition de considérer le champ magnétique ( même régnant dans le vide ) comme ... un gaz possédant une densité nulle. Au-delà, se dira notre "cosmonaute-chasseur" quel gain si je pouvais propulser des projectiles avecd ce gaz à masse nulle ! Ainsi toute son énergie se retrouverait tranférée au projectile.

Ainsi est née l'idée du canon à plasma, ou "plasmoïdes", en tant qui'arme spatiale. La première fois que j'ai entendu parler de cela c'était dans le bureau de Gerold Yonas, en 1976, à Sandia. Le mot "guerre des étoiles" n'avait pas encore été inventé mais il s'agissait déjà de cela.

Passionné par ses travaux, Yonas était très bavard. La conversation fut interrompue par un de ses collaborateurs, présent, qui s'écrira :

- Patron, arrêtez de parler comme ça. Ce type comprend trop bien ce que vous racontez. Il n'est pas, comme il le prétend, journaliste ! ( envoyé aux USA à l'époque par Science et Vie ).

Mais revenons à ce premier canon à plasma. Voici le schéma, extrait du document consultable à travers le lien donné plus haut.

En hachures larges : la culasse, de révolution. En débouche sur un tube plus étroit, faisant office de "canon". Selon l'axe du système un "liner" de cuivre, un cylindre, empli d'explosif. L'explosif est mis à feu à l'extrêmité gauche du tube. Le cuivre, ductile, se dilate alors en affectant la forme d'un cône ( que Sakharov appelle "le vase" ). Cette déformation cônique se propage rapidement, vers la droite ( à la vitesse de détonation de l'explosif )

Propagation de la déformation cônique. En hachures doubles : l'explosif contenu dans le liner de cuivre.

Avant la mise à feu un condensateur est déchargé et le montage a l'allute ci-après. Il se crée dans la "culasse" un champ magnétique dont les lignes de force sont des cercles coaxiaux.

Le liner se déforme, commence par refermer la culasse, emprisonnant alors le champ magnétique dans une enceinte fermée, dont le volume va décroître. Comme je vous l'ai dit, le champ magnétique peut être traité "comme un gaz". Celui-ci "cherchant à s'échapper" n'a d'autre issue de l'espace situé entre l'âme du "canon", en cuivre et le liner, cet espace étant "bouché" par un anneau d'aluminium ( lui aussi bon conducteur de l'électricité ). Avec ce type de canon Sakharov arrive alors à communhiquer à un anneau de 2 grammes une vitesse de 100 km/s, toujours dans les années cinquante.

Comme je l'ai dit, on peut faire l'économie d'une réflexion mettant en jeu les équations de Maxwell, la loi de Lenz et tout le bazar en traitant simplement le champ magnétique comme un gaz et les éléments conducteurs comme des ensembles figurant soit un cylindre, une culasse, soit un piston ou un projectile mais pour qui voudra s'amuser à ce petit jeu tout peut être traîté en termes de courants induites. C'est par exemple le courant induit apparaîssant dans l'anneau d'aluminium qui à la fois le volatilise, le propulse et, en fin de course, après élection dans le vide spatial assure son auto-confinement. On peut alors le comparer à un "rond de fumée".

Les Russes, ne pouvant bien souvent résoudre leurs problèmes à coup de roubles sont dans l'obligation de faire fonctionner leur imagination. Ceci en est une illustration, mais on verra plus loin que leur créativité, qui stupéfia en 1995 les chercheurs de Los Alamos est loin d'être éteinte.

Selon les rares spécialistes français qui ont cotoyé ces Russes, et jusqu'à une date très récente il semble que je sois pour ceux-là "l'homme qui, au début des années quatre vingt, a réussi à annihiler l'instabilité de Velikhov dans une chambre de bonne aixoise de 16 mètres carrés, avec du matériel de récupération". C'est tout à fait exact. Ces travaux furent par la suite présentés au VIII° colloque international de MHD de Moscou où je me rendis à mes frais, me nourrissant pendant une semaine, matin, midi et soir, de viennoiseries collectées dans un service de petit déjeuner en libre service, au l'hôtel National, faute d'avoir pu assumer le coût de l'hébergement en pension complète dans cet hôtel de luxe, imposé à l'époque par les soviétiques à tout chercheur en visite dans le pays ( de manière à faire rentrer des devises ). Après ce dernier expédient je renonçai définitivement à participer à ce type de colloques. La dernière occasion s'offrit en 1987 quand le comité de sélection du IX° colloque international de Tsukuba, Japon, retint mon article sur la suppression des ondes de choc. J'adressai alors une demande de crédits en bonne et due forme au Cnrs qui m'octroya 4000F ( le simple billet aller-retour Japon en coûtait 7000 ). Je me souviens de ma conversation avec une secrétaire du siège :

- Alors, monsieur Petit, pour ce congrès au Japon, que décidez-vous ?
- Eh bien, mademoiselle j'ai trouvé un dériveur d'occasion à l'achat. Je pense me munir de jerricans d'eau et de boites de nourriture pour chats. En partant maintenant, si j'ai un vent correct, je devrais pouvoir arriver à temps. Pour le retour, je demanderai à l'ambassade de France un rappatriement sanitaire.
- Je vous demande pardon ? .....

Comme il faut toujours tirer quelque profit d'une aventure, quelle qu'elle soit le lecteur pourra trouver cela sous forme d'une fiction :

Dérive

Cette mésaventure me fit juger inutile de demander un crédit de mission après acceptation du papier suivant au colloque de mhd de Pékin.

Si on excepte ces quelques travaux de MHD-men militaires, abritant leurs idées derrière le projet de créer une puissante source de rayons X, à travers des expérimentations menées au centre de Gramat toutes ces recherches furent abandonnées il y a trente ans, les responsables étant :

- René Pellat, polytechnicien, décédé. D'abord directeur de recherche au Cnrs, puis président du Cnes, il termina comme haut commissaire à l'Energie Atomique. Spécialiste de lasers il fut un ardent défenseur du projet Megajoule. Violemment opposé à la poursuite de toute recherche en MHD.
- Gilbert Payan, polytechnicien. N'étant spécialiste de rien il milita avec constance en faveur de sa spécialité.
- Hubert Curien. Directeur du Cnrs puis du Cnes, puis Ministre de la Recherche et de l'Industrie. Réussit la performance de gravir jusqu'à sa mort tous les échelons de la hiérarchie sans avoir jamais pris de décision d'une quelconque importance.

Revenons à ces terribles Russes et à leurs idées intarissables.

Sakharov, utilisant sa culasse "pyro-magnétique" invente une sorte de "compresseur magnétique" :

Compresseur magnétique de Sakharov, avant mise à feu

Le condensateur crée d'abord un champ magnétique azimutal dans la cavité A. La mise à feu du contenu du "liner" est toujours effectuée à l'extrêmité gauche. Le liner se dilate, ferme la culasse Le "gaz magnétique" n'a cette fois aucun moyen de s'échapper. Il "envahit" alors le seul "espace disponible B ( les parois conductrices se comportant poour lui comme de véritables barrières infranchissables ). L'expansion du liner, après plaquage sur la paroi de la cavité A se poursuit dans le volume B, entraînant le renforcement du champ magnétique.

Compresseur magnétique de Sakharov, phase finale

 

Ces schémas se prètent à d'infinies variations, certaines ayant fait l'objet de recherches initiées à Gramat, puis laissées hélas en plan.

Toujours dans les années cinquante Sakharov invente le générateur hélicoïdal. Lorsqu'il publie ces travaux en Occident, près de dix ans plus tard il constate que personne, à l'Ouest, n'avait ey cette idée. En fait, la politique russe c'est :

Des astuces, toujours des astuces, encore des astuces

Pour retrouver la ligne de conduite américaine, remplacer le mot astuces par dollars.

Quand on décharge l'énergie

1/2 C V2

emmagasinée dans un condensateur dans une self d'inductance L, si la résistance du circuit est faible cette énergie se trouve convertie en

1/2 L I 2

Tous les lycéens connaissent la méthode dite du " crowbar " ( " pince " en anglais ). On commute le condensateur et la self, mis en série, intitiant une séquence du type décharge oscillante de période LC. Puis on court circuite la self. sur elle-même. Elle joue alors le rôle d'un générateur de courant, selon une décharge apériodique de constante de temps L/R ( où R est la résistance de ce circuit ).

Montage crowbar. Configuration initiale : le condensateur est chargé

Montage crowbar. Commutation est démarrage d'une décharge oscillante amortie

Montage crowbar. Le condensateur est mis hors circuit. La self se décharge dans la résistance de l'ensemble

 

En voyant cela, Sakharov se dit "pourquoi ne pas mettre un liner de cuivre bourré d'explosif dans le solénoïde. En explosant celui-ci court-circuitera les unes après les autres les spires du solénoïde, en faisant tendre son inductance vers zéro. Il imagine alors le montage vci-après, baptisé MK2 et expérimenté dès 1952.

Comme on peut le voir le solénoïde est complété par une virole. Lorsque le liner en expansion touche cette virole il emprisonne le champ magnétique dans une enceinte fermée.

En fin de fonctionnement le liner du générateur MK2 a court-circuité toutes les spires.
S'écrasant contre la virole il réduit le volume disponible poir le champ magnétique et c'est alors que l'intensité dirigée vers la charge est maximale.

Le générateur hélicoïdal est prévu pour pouvoir resservir.

Comme on peut le voir Sakharov introduit un solénoïde à pas variable. Les performances de l'engin ( longueur : un mètre) sont stupéfiantes. En 1953 un MK2 chargé avec 150 kilos d'explosif ( 10 mégajoules ) délivre des intensités de cent millions d'ampères et Sakharov remarque qu'un tel système est beaucoup moins lourd, encombrant et coûteux qu'une batterie de condensateurs. Il reste que ce type de générateur a une monté en intensité relativement lente, liée au développement du liner sous l'effet de l'explosif. Le temps caractéristique est de l'ordre de 100 microsecondes. Mais comme le font remarquer Stephen Youngert, Max Fowel et les autres dans le papier de synthèse signant la collaboration russo-américinae "Megagauss" on peut très bien commuter ce génértateur lorsque l'intensité a atteint son maximum. Ci-après le schéma emprunté au rapport ( où on ne trouve que le solénoïde, sans sa virole ).

Le même schéma, avec commentaire en français

Dans le rapport édité par le laboratoire de Los Alamos ce hype de générateur, voisin de celui inventé par Sakharov en 1952 et appelé " générateur hélicoïdal". Le schéma est le même. On indique seulement que la charge est connectée au générateur quand les dernières spires sont en fin de court-circuitage

Un champ d'un mégagauss ( cent teslas ) est associé à une pression de 40.00 bars. Une telle pression déforme aisément un conducteur plan. Comme rappelé dans le rapport de Los Alamos, entre 1 et 2 mégagauss ( pour des pressions se situant entre 40.000 et 160.000 bars ) la surface de ce conducteur se liquéfie et se vaporise. Au delà de 2 mégagauss ce phénomène de vaporisation se produit si rapidement et violemment que la surface du conducteur se trouve sublimée ( blasted off ) et que des ondes de choc pénètrent à l'intérieur du matériau.

Un champ de 10 mégagauss exerce une pression de 4 millions d'atmosphères, quatre mégabars. La pression au centre de la Terre n'est que de 3,7 mégabars. Selon l'article de Los Alamos avec des systèmes à compression de flux tels ceux qui ont été décrit au début de cet article et construits par Fowler aux USA et Lyudaev en Russie des champs magnétique de l'ordre de 1,5 mégabars ont été obtenus. On remarquera au passage de Sakharov revendique des champs de l'ordre de 25 mégagauss ( ? ..).

Un générateur peut être conçu différemment selon qu'on compte s'en sorvir pour obtenir de très fortes pressions magnétiques ou des courants électriques intenses. Le générateur "lélicoïdal" ( de même que son "ancètre" le générateur MK2 de Sakharov sont conçuc pour délivrer de fortes intensités à un système se iyuant en dehors de la zone où se situe l'explosion. Ces engins sont alors utilisés comme "premier étage" d'un système qui fonctionne en deux temps. On retrouve cette configuration dans le texte de Sakharov, assortie d'une illustration très parlante où l'ont voit comment une générateur MK2 ( "hélicoïdal") est utilisé comme source de courant pour un MK1, un système "à compression de flux".

Système Sakharov à deux étages où un générateur de courant, de type MK2, alimente le solénoïde
d'un système à compression de flux MK1 dont on aperçoi en bas et à droite la charge explosive

 

Compression d'un liner

Si on dispose d'une puissante source de courant électrique, délibrée pendant un temps très bref on peut envisager d'alimenter un liner pour créer une implosion. Comme on l'a dit plus haut, l'innovation des gens de Sandia a été d'utiliser un "liner cylindrique" fragmenté en une nape comportant plusieurs centaines de fils. Un tel dispositif a pour effet de préserver le plus longtemps possible l'axisymétrie de la décharge. A l'inverse, avec un liner continu des instabilités MHD se produisent. L'axisymétrie part en live. Dans des expériences dont il est par exemple rendu compte dans le rapport de Los Alamos des liners de 6 cm de diamètre convergent vers un point décentré ... d'un centimètre par rapport au centre géométrique du système initial.

Dans les expériences menées à Sandia la nappe de fil a un diamètre de 8 cm ( dans les expériences qui ont conduit à une température de 2 milliards de degrés ) et l'intensité totale est de 20 méga-ampères, délivrés entre 100 nanosecondes ( un dixième de microseconde ). Le lecteur étudiant en science retrouvera aisément le résultat suivant :

Le champ magnétique régnant à la surface d'un conducteur cylindrique est égal à celui qui serait produit si tout le courant était concentré dans un conducteur filiforme disposé selon l'axe du cylindre.

Dans une implosion axisymétrique le champ varie donc en 1/r puisque le champ créé par un conducteur linéaique vaut :

B = mo I / 2r

( je suis pas très sûr du 2 au dénominateur ).

Conceptuellement on peut très bien construire l'équation différentielle décrivant l'implosion en supposant que les fils restent distincts. Ce sont donc des éléments possédant une masse constante, parcourus par des courants constants ( en fait les gens de Sandia précisent que 70 % du métal constituant les fils parvient à se rassembler selon l'axe alors que 30 % de la masse contitue une sorte de sillage de vapeur métallique ). Soit M la masse du liner ( n fois la masse de chaque fil ). L'équation d'évolution est :

 

r r" + ( mo I / 2M) = 0

 

Le profil de l'évolution de l'implosion a l'allure ci-après ( un lecteur nous programmera tout cela. Le courant étant de 20 millions d'ampères, je crois que la masse total du réseau de fils doit se chiffrer en centaines de milligrammes. Peut être 250, de mémoire ( à vérifier ).

Allure schématique de la courbe d'implosion.

 

Si rien ne s'opposait au collapse du matériau selon l'axe , le rayon du liner tendrait vers zéro en un temps fini, tandis que la vitesse d'impact tendrait vers l'infini. Selon les données ( observationnelles ) de Sandia l'ensemble des fils se transforme en un cordon de plasma d'un millimètre et demi de diamètre, si je me souviens bien. Les lecteurs devraient pouvoir nous donner la vitesse d'impact au "point d'arrêt". Quand les 20 millions d'ampères sont appliqués, l'acier inox des fils est transformé en plasma. Les atomes qui constituent les fils s'ionisent complètement. Les noyaux acquièrent une vitesse d'agitation thermique <V> qui est reliée à la température absolue du plasma par la relation :

1/2 m < V2> = 3/2 k T

où m est la masse d'un noyau de fer et k = 1,38 10-23 la constante de Boltzmann. Le fer est l'élément numéro 20. La masse du noyau est donc 26 que multiplie la masse du proton qui est de 1,67 10-27 kilos, ce qui fait 4,34 10-26 kilo. La vitesse d'impact est de toute façon supérieure au rayon initial, 4 cm, divisé par le temps d'implosion : 100 nanosecondes, soit 400 kilomètres par seconde.

En appliquant la formule ci-dessus et en supposant que la vitesse d'impact soit de 400 kilomètres par seconde et que celle-ci, par "thermalisation" soit intégralement convertie en vitesse d'agitation thermique on obtiendrait quelques 168 millions de degrés. Or on voit, sur la courbe ci-dessus que la vitesse d'impact s'accroît dans les dernières longueurs. Pour atteindre les deux milliards de degrés il suffirait que celle-ci atteigne une valeur 3,45 fois plus élevée. Mais ce ne sont que des calculs de dégrossissage, schématiques.

Combien y a-t-il d'atomes dans 250 mg de fer, ce qui correspond, de mémoire, au poids du liner à fils de Sandia. Réponse : 5,76 1021

Si je ne me fous pas dedans dans mes caculs, en passant de 40 mm à 0,75 mm le liner à fils de Sandia voit sont rayon se réduire d'un facteur 53. Le champ magnétique dans les stagnations conditions atteindrait alors 1600 teslas ( 16 Gigagauss ), ce qui correspond à une pression de 11,2 mégabars.

On trouve dans le rapport de Los Alamos le dessin d'un système à liner constitué par un cylindre d'aluminium de 6 cm de diamètre et de 2 cm de haut. L'effet de l'implosion est censé se trouver renforcé par le fait que les deux électrodes le long desquelles ce liner, transformé en rideau de plasma, suivra sa course ont une forme conique.

 

 

Le courant passe dans le liner en empruntant les génératrices du cylindre ( lignes de couleur rouge ). Dans la suite du rapport on trouve la description d'un générateur à disques, développé par Chernyshev, qui témoigne là encore de l'extraordinaire ingéniosité des Russes.

Comme me le faisait tout de suite remarquer Yonas lors de nos premiers échanges de mails il ne suffit pas de produire des dizaines ou même des centaines de millions d'ampères, comme c'est chose possible avec des générateurs du type MK2. Encore faut-il que cette "pèche" soit délivrée pendant un temps extrêmement bref, inférieur à la microseconde. Le temps de décharge du système de Sandia est d'un dixième de microseconde : cent nanos. Or le temps de montée pour un générateur de Sakharov est élevé, lié à la vitesse de propagation de l'onde de détonation. Si celle-ci se propage à plusieurs kilomètres par seconde et si le générateur fait un mètre de long on tombe sur des temps de montée de l'ordre de plusieurs dizaines de microsecondes. Il manque au minimum deux ordre de grandeur. Comment raccourcir ce temps de décharge ?

L'idée est venue de Chernyshev qui a tracé les grandes lignes de sa machine au cours du congrès Mégagauss III, 1993. Mais ça n'est qu'en 1989 que les Américains purent voir la bête de près et connaître le détail de son fonctionnement. Rien de ce genre n'avait été imaginé aux Etats-Unis. Voici le dessin qui figure dans la rapport de Los Alamos :

 

 

La même figure, assortie d'un commentaire en français :

Le DEMG ( générateur explosif à disques ) est constitué par un assemblage de paires de disques concaves, l'ensemble présentant un symétrie de révolution. Le courant circule selon les lignes indiquées en rouge. Celui-ci est initialement fournir par un générateur hélicoïdal, non représenté sur cette figure ( délivrant 6 géma-ampères ). L'établissement de ce courant entraîne l'apparition d'un champ magnétique qui "emplit" entre autre toutes les cavités qui se situent entre ces structures discoïdales concaves. Quand le système est mis à feu les détonateurs, situés sur l'axe de la machine déclenchent des explosions qui se propagent radialement, de manière centrifuge. Au voiinage de l'axe chaque unité discoïdale possède une "protubérance". D'après ce que je comprends, les forces qui compriment latéralement ces éléments discoïdaux propulsent radialement ces protubérances, elles-mêmes discoïdales, de révolution. A mon avis il doit se produire une hénomène analogue à celui de la charge creuse, ce qui accélère le remplissage de la cavité et raccourcit d'autant le "temps de compression du flux". Dans un tel système les disques ont un rayon de 20 cm et à vue de</

4 votes. Moyenne 4.00 sur 5.

Ajouter un commentaire

Vous utilisez un logiciel de type AdBlock, qui bloque le service de captchas publicitaires utilisé sur ce site.

Créer un site gratuit avec e-monsite - Signaler un contenu illicite sur ce site

×