Eld4-7 - Bobine d'induction de Ruhmkorff
Fonction
Produire dans un circuit secondaire un courant d'induction de très haute tension par coupure d'un courant basse tension dans un circuit primaire.
Description
La machine de Ruhmkorff est un perfectionnement de la machine de Masson et Breguet (Eld4-6). Comme celle-ci, la bobine de Ruhmkorff est faite de deux enroulements superposés sur un faisceau de fils de fer doux : l'enroulement interne comprend quelques centaines de spires d'un fil de cuivre d'assez gros diamètre (2 à 2,5 mm) et constitue la bobine inductrice (ou primaire) ; l'enroulement le plus externe est fait de quelques dizaines de milliers de spires d'un fil de cuivre de faible diamètre (0,5 mm) et constitue la bobine induite. Alors que l'axe des bobines de Masson est vertical, l'axe des bobines de Ruhmkorff est horizontal.
Mais le but recherché par Ruhmkorff ne semble pas avoir été, comme pour Masson, l'étude fondamentale du phénomène d'induction mais plutôt d'obtenir des tensions aussi élevées que possible au secondaire (bobine induite) à la rupture du courant dans le circuit primaire (bobine inductrice). Il fallait pour cela, réduire la durée de la coupure du courant primaire. Le rhéotome de Masson et Breguet a été remplacé par celui de M. de la Rive que Jamin (petit traité 1870) décrit ainsi : « Le courant partant de +M entre dans la bobine ; il sort par A, arrive à la poupée B, passe par un levier très mobile BC jusqu'à un marteau C qui repose par une enclume D, continue sa route du marteau à l'enclume, de D à la poupée F et retourne au pôle négatif M de la pile. Mais à peine a t'il commencé à circuler que les fils de fer O s'aimantent et soulèvent le marteau, ce qui établit une interruption entre C et D. Immédiatement après le fer se désaimante, le marteau retombe et rétablit la communication. On peut rendre ces alternatives plus ou moins rapides en soulevant ou en abaissant par une vis G la lame élastique sur laquelle se pose l'enclume ». On aura reconnu le mécanisme de la sonnette électrique (Eld3-6).
Cependant, à la rupture du circuit, le courant se prolonge par une étincelle. « Pour y remédier, M. Fizeau a disposé, dans la base même de l'appareil, un condensateur de très grande surface, formé par une lame de taffetas repliée qui sépare deux feuilles d'étain qui en sont les armatures » (Jamin). Dans la course vers l'obtention de hautes tensions, on a imaginé divers types de « rhéotomes » (interrupteurs).
La figure suivante représente l'interrupteur de Foucault. «...l'interruption est produite par une pointe qui plonge dans un godet contenant du mercure sous une couche d'alcool et qui alternativement pénètre dans le mercure ou en sort. Une lame de cuivre PC qu'on peut soulever ou abaisser par une crémaillère fait des oscillations plus ou moins rapides, suivant qu'on fixe un contrepoids P à diverses hauteurs » (Jamin).
La force électromotrice induite étant beaucoup plus faible à l'établissement du courant inducteur qu'à sa rupture, le courant induit ne passe que dans un seul sens à travers une étincelle.
La bobine de Ruhmkorff « est devenue un des instruments les plus précieux de la physique » (Jamin). Utilisée pour les décharges à travers les gaz raréfiés, elle a contribué au développement de l'analyse spectrale. Elle a permis des percées technologiques et des découvertes fondamentales : études des rayons cathodiques, alimentation des « tubes spectraux », alimentation des premières « ampoules à rayons X » (tube de Crookes)...
Jusqu'à un passé récent, les étincelles des bougies des moteurs à explosion étaient produites par de petites bobines d'induction. De nombreuses générations d'automobilistes ont connu des pannes dues au « claquage » du condensateur de la bobine, ou à la fusion de l'isolement des spires du secondaire.
Histoire
Heinrich Daniel Ruhmkorff (1803-1877) mécanicien et électricien allemand vint travailler à Paris chez des fabricants d'appareils scientifiques. Il fonda ensuite sa propre maison et construisit des instruments électromagnétiques, galvanomètres (Eld5-2), électroaimants (notamment pour Faraday, voir Eld3-1), les bobines d'induction qui font l'objet de cette notice et qui ont joué un rôle important dans la physique expérimentale (analyse spectrale) mais dont le mérite revient en partie à Antoine Masson (voir Eld4-6).