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Les inventions de Nikola Tesla et leur impact
Décédé dans la pauvreté et presque oublié en 1943, Nikola Tesla, figure emblématique de l’innovation, bénéficie aujourd’hui d’une reconnaissance permanente au sein du panthéon des inventeurs. Né en 1856 dans l’actuelle Croatie, cet esprit visionnaire est à l’origine de certaines des inventions les plus marquantes de l’histoire moderne. Des entrepreneurs tels qu’Elon Musk et Larry Page, co-fondateur de Google, voient en lui un héros populaire ainsi que le père de l’électricité, de la radio et des robots. Son nom est devenu synonyme d’innovation et de génie.
Par ailleurs, le nom de Tesla est également associé à des unités de mesure dans les scanners IRM, et la bobine qu’il a inventée en 1891, toujours utilisée de nos jours, est connue sous le nom de « bobine de Tesla ».
La complexité de l’histoire des inventions de Tesla reflète également celle de sa vie. L’attribution des inventions peut être délicate, car il n’est pas rare que plusieurs inventeurs travaillent simultanément sur des idées similaires. Après son immigration aux États-Unis à l’âge de 28 ans, Tesla déposa des centaines de brevets, mais sa carrière fut en partie handicapée par un incendie dans son laboratoire de New York, qui détruisit une grande partie de ses recherches. Cela l’obligea à déposer des brevets tardivement ou à modifier ses demandes.
Les revers financiers ont également entravé sa capacité à mener à bien ses projets. Par conséquent, dans certains cas, d’autres inventeurs se sont vus attribuer le crédit d’inventions que Tesla avait pourtant réalisées en premier. Cependant, des recherches historiques récentes ont conduit à une réévaluation de Nikola Tesla et de ses contributions à la science et à la technologie.
Les lampes phosphorescentes
Lors de l’Exposition Columbienne de Chicago en 1893, le monde a découvert Nikola Tesla, inventeur de manière saisissante. À côté d’une démonstration éblouissante de son invention la plus célèbre — l’électricité alternative — il a présenté sa création plus modeste, les lampes phosphorescentes. Cette exposition mettait en avant des tubes phosphorescents illuminés, formant des mots et des formes variés. Parmi eux, on pouvait lire « Bienvenue, Électriciens », et d’autres rendaient hommage aux scientifiques légendaires comme Michael Faraday et Benjamin Franklin. Tesla a même fait un clin d’œil à son poète serbe préféré, Zmaj Jovan.
Dans ses recherches, Tesla a découvert que, bien que les substances phosphorescentes électrifiées mettent du temps à émettre de la lumière par rapport aux substances fluorescentes, elles continuent de briller plus longtemps après la coupure de l’électricité. Pour tester ce principe dans son laboratoire, Tesla a construit des champs électrifiés de tubes phosphorescents qui, une fois éteints, continuaient d’émettre une lumière verte fantomatique, comme par magie. Pour l’Exposition Columbienne, il a amélioré son invention en façonnant les tubes de verre, créant ainsi un type de signalisation qui sera plus tard associé aux néons.
Bien que de nombreuses sources attribuent à Tesla le titre d’inventeur des lumières néon, ses lampes phosphorescentes ne contenaient pas de gaz néon, qui, selon les experts, n’a été découvert qu’en 1898. La première lampe néon ne fera son apparition qu’au Salon de l’Automobile de Paris en 1910. Toutefois, Tesla est reconnu comme l’inventeur de la première lampe phosphorescente pratique.
Turbine sans pales
Pour générer de l’énergie mécanique, les moteurs nécessitent une forme de liquide qui s’écoule sous un stress appliqué. Au début du 20ème siècle, les moteurs imposaient un stress sur le liquide par le biais de pistons ou de turbines à pales. Les moteurs à pistons étaient complexes, lourds et peu efficaces, tandis que les turbines à pales, bien qu’ayant peu de pièces mobiles, nécessitaient une installation soignée et avaient tendance à se briser.
C’est d’ailleurs en voyant des faisceaux de pales brisées jetés depuis un paquebot équipé de turbines que Nikola Tesla a été inspiré à concevoir sa turbine sans pales. Son invention se composait de trois éléments distincts — propulsion fluide, turbine et conduit valvulaire — qui, lorsqu’ils étaient combinés, produisaient une turbine sans pales hautement efficace.
Dans une demande de brevet déposée en 1913, Tesla affirmait que sa turbine surmonterait les défauts des turbines à pales en « propulsant le fluide pour se déplacer selon des chemins naturels ou des lignes d’écoulement de moindre résistance ». Pour atteindre ces lignes d’écoulement, il suffisait, comme il l’expliquait lors d’une interview dans le New York Herald en 1911, d’utiliser « des disques montés sur un arbre, espacés d’une petite distance et conçus pour permettre au fluide d’entrer à un endroit et de ressortir à un autre. »
Bien que le design de la turbine de Tesla soit simple, son fonctionnement basé sur la force centrifuge nécessitait des matériaux extra durables pour sa construction. Par conséquent, elle n’a jamais été utilisée commercialement. Cependant, des ingénieurs continuent aujourd’hui d’expérimenter avec cette technologie visionnaire, dans l’espoir d’en exploiter le potentiel pour accroître l’efficacité énergétique.
Le Shadowgraph
Qui a inventé le film à rayons X ? Bien que Wilhelm Röntgen soit généralement crédité pour la réalisation du premier rayon X en 1895, Nikola Tesla menait des recherches similaires durant la même année. Les documents sur les premiers essais de rayons X de Tesla ont été perdus dans un incendie de laboratoire, mais d’autres écrits révèlent qu’avant même l’annonce de Röntgen en novembre 1895, Tesla avait accidentellement produit la première image de rayon X aux États-Unis. En utilisant un appareil photo équipé de son tout nouveau tube à rayons X unipolaire, Tesla prit une photo de son ami et passionné de technologie, Mark Twain. À sa grande surprise, au lieu d’un portrait de Twain, il obtint une image pleine de taches et de marbrures. Tesla pensait que son tube avait à tort endommagé la plaque photographique, mais en réalité, il avait produit une image de rayon X de l’une des vis de l’appareil photo.
Après la publication des résultats de Röntgen, Tesla fit le lien et commença à prendre des images de rayons X, qu’il appelait shadowgraphs, du corps humain, qu’il envoya à Röntgen. Bien que Tesla reconnaissait Röntgen comme l’inventeur du film à rayons X, Röntgen admit que les images de Tesla étaient plus avancées que les siennes. Tesla avait également une longueur d’avance sur Röntgen en percevant les applications médicales des rayons X, décrivant comment ils pouvaient être utilisés pour détecter des objets étrangers dans le corps ainsi que la présence de maladies pulmonaires. De plus, Tesla comprenait avant tout le monde les risques potentiels pour la santé liés à une exposition excessive aux rayons X et émettait des avertissements publics à ce sujet.
Énergie hydroélectrique
Selon des sources historiques, en 1893, après une recherche longue et controversée, la Commission des chutes du Niagara a attribué à Westinghouse Electric, et par extension à Nikola Tesla, un contrat pour construire une centrale capable de profiter de l’énergie des chutes. Westinghouse a surpassé ses concurrents en grande partie grâce à l’enthousiasme d’Edward Dean Adams, l’ingénieur en chef du projet, et du célèbre physicien britannique Lord Kelvin, président de la commission, pour le générateur électrique à courant alternatif de Tesla, élément clé de la proposition de Westinghouse.
Depuis son plus jeune âge, Tesla était fasciné par les chutes du Niagara. En Serbie, il avait vu une gravure des chutes dans sa classe et avait promis à son enseignant qu’il irait un jour en Amérique pour construire une « grande roue » capable de capturer la puissance de l’eau. Bien que la technologie de petite roue ait d’abord été envisagée pour le projet, Adams a finalement opté pour un système dérivant l’eau du fleuve Niagara à travers d’énormes pipes alimentant une série de turbines, lesquelles activaient deux des géants générateurs à courant alternatif de Tesla.
La construction de la centrale a duré trois années périlleuses. Finalement, le 6 novembre 1896, l’interrupteur d’alimentation des chutes du Niagara a été activé, et à 22 milles de là à Buffalo, les tramways et les lampadaires ont commencé à s’allumer. Rapidement, la centrale de Niagara illuminait également New York, située à 400 milles. Les générateurs hydroélectriques de Tesla étaient devenus le cœur de la première centrale électrique au monde, et il a été honoré par des statues de chaque côté des chutes.
Transmetteur amplificateur
Né au cœur d’un orage furieux, il n’est pas surprenant que Nikola Tesla ait développé une obsession pour la puissance des décharges terrestres. Comme le souligne le Electrical Engineering Portal, après l’invention de sa bobine révolutionnaire, Tesla rêvait de systèmes de transmission d’énergie sans fil capables de fournir une énergie gratuite au monde. Alors que la bobine Tesla était conçue pour libérer de l’énergie dans la Terre, « le transmetteur amplificateur était accordé au circuit résonnant naturel de la Terre pour créer des ondes stationnaires d’énergie électrique, qui pouvaient être captées par un circuit récepteur accordé ». Cette conception de circuit nécessitait l’établissement de « stations de répétition » à l’échelle mondiale, car « la force du signal est inversement proportionnelle à la distance du transmetteur. »
Pour concrétiser son rêve d’énergie gratuite, Tesla a construit un laboratoire à Shoreham, sur Long Island, en 1901, avec le soutien financier de J. Pierpont Morgan. Dans ce laboratoire, il a érigé deux tours à dôme en cuivre de 185 pieds, appelées la Tour Wardenclyffe, capables de projeter des éclairs de 130 pieds. Selon le Tesla Science Center, en utilisant la résonance, des courants étaient transférés d’une tour à l’autre jusqu’à ce qu’un éclair se produise et libère de l’énergie via un fil attaché à la tour.
Bien que son transmetteur amplificateur ait réussi à transmettre de l’énergie à un kilomètre de distance, le coût projeté pour construire un réseau global de répéteurs a compromis l’avancement de cette technologie. Néanmoins, les chargeurs électriques sans fil d’aujourd’hui doivent leur existence aux travaux scientifiques de Tesla à la fin du XIXe siècle.
Bateau télécommandé
En 1898, lors de l’Exposition Électrique au Madison Square Garden, Nikola Tesla a présenté une démonstration de sa dernière invention, le téléautomate. Selon les informations relayées par des sources, Tesla a utilisé des signaux radio transmis par un dispositif de télécommande alimenté par batterie — une petite boîte avec des leviers sur le côté — pour guider un bateau jouet. L’inventeur envisageait les téléautomatiques (aujourd’hui connus sous le nom de robotique) comme un moyen de contrôler des dispositifs électromécaniques sans fil et à distance.
Au cours de cet événement, un public captivé composé de scientifiques, d’investisseurs et de curieux a assisté à la mise à l’eau du petit bateau de Tesla dans une petite piscine, manœuvré grâce à la télécommande. Tesla « demanda » même à son bateau quel était la racine cubique de 64, puis fit clignoter ses lumières quatre fois en réponse. Certains spectateurs, étonnés, accusaient Tesla d’utiliser la magie ou la télépathie pour contrôler l’embarcation, et l’inventeur a plus tard écrit que son téléautomate avait suscité une « sensation sans pareille produite par aucune autre de ses inventions ».
Bien que cette invention ne fut pas exploitée à l’époque, même par les militaires, sa technologie a ensuite été utilisée dans les drones et les télécommandes de télévision, jouant un rôle fondamental dans le développement de la robotique. Lorsqu’un journaliste interrogea Tesla sur les applications possibles du téléautomate, l’inventeur déclara de manière prophétique : « Vous voyez là le premier d’une race de robots, des hommes mécaniques qui accompliront le travail laborieux de la race humaine. »
Moteur à induction
Pour construire un moteur à induction, commencez par réaliser un stator à l’aide d’un anneau d’électroaimants empilés pour produire un champ magnétique tournant. Ensuite, fabriquez un rotor à partir d’un axe métallique, d’une roue de hamster (sans le hamster) et d’autres pièces métalliques capables de conduire l’électricité. Enfin, placez le rotor à l’intérieur du stator et appréciez le fonctionnement de votre moteur à induction !
Lorsque ces simples moteurs à courant alternatif furent présentés au monde en 1888, ils révolutionnèrent l’industrie de l’ingénierie. La valeur des moteurs à induction réside dans leur capacité à opérer « sans contacts électriques mobiles et sans convertir d’abord le courant alternatif » en courant continu. Néanmoins, comme pour le shadowgraph, le crédit du moteur à induction fait l’objet de débats. Certains affirment que Nikola Tesla est le véritable inventeur, tandis que d’autres attribuent cette distinction au scientifique italien Galileo Ferraris.
Ferraris fut le premier à concevoir l’idée d’un moteur à induction en 1885, et il publia ses découvertes en mars 1888. Tesla, de son côté, avait eu son idée de moteur à induction en 1882, alors qu’il vivait encore à Budapest. Cependant, il ne présenta son premier design qu’en mai 1888, deux mois après Ferraris. Après une série de procès en matière de brevets, Tesla fut officiellement reconnu comme l’inventeur du moteur à induction en 1905. Aujourd’hui, les moteurs à induction continuent d’alimenter de nombreux appareils ménagers.
La radio
Qui a créé la star de la radio ? C’est Tesla ! Comme l’indique Live Science, la radio, la télévision et les communications par téléphone mobile reposent sur les ondes radio, une forme de radiation électromagnétique. Ces ondes sont mesurées par la fréquence à laquelle elles passent par un point fixe et, lorsqu’elles sont transmises à un récepteur, elles sont converties en vibrations mécaniques dans le haut-parleur, produisant ainsi des ondes sonores.
Dans les années 1890, Nikola Tesla a utilisé sa nouvelle invention de bobine pour découvrir qu’il pouvait envoyer et recevoir des signaux radio accordés à la même fréquence. Selon PBS, lorsque la bobine est réglée sur un signal d’une fréquence particulière, elle amplifie littéralement l’énergie électrique entrante par une action de résonance. Tesla a démontré publiquement une version simple de son invention lors de la Convention de la National Electric Light Association en 1893, à Saint-Louis. Au début de 1895, il préparait déjà l’envoi de ses ondes radio sur une distance de 80 kilomètres vers West Point, New York.
Malheureusement, avant cette démonstration, le design de la radio de Tesla a été détruit dans un incendie de laboratoire qui a également consumé ses plans de shadowgraph, retardant le dépôt de sa demande de brevet. Par la suite, Tesla et l’inventeur italien Guglielmo Marconi, qui a obtenu le premier brevet pour la télégraphie sans fil en Angleterre en 1896, ont engagé une longue bataille pour les droits de brevet aux États-Unis. Bien que le design de Marconi inclut en réalité un oscillateur conçu par Tesla, Marconi a finalement remporté le procès en 1904. Toutefois, en 1943, la Cour Suprême a confirmé le brevet de Tesla, lui attribuant ainsi le mérite de l’invention de la radio à titre posthume.
La bobine de Tesla
Plus que toute autre invention, la bobine de Tesla est le chef-d’œuvre le plus reconnaissable de l’ingénieur. Avec ses jets lumineux éclatants, cette bobine est devenue synonyme non seulement de la puissance de la science, mais aussi de sa folie et de son danger. L’importance de cette innovation est égale à son spectacle visuel. Comme l’a souligné Live Science, la création de la bobine en 1891 marqua la transmission sans fil de l’électricité pour la première fois. Les premières applications de cette technologie furent les antennes radio et les télégraphes, mais d’autres usages suivirent rapidement.
D’après PBS, tous les composants individuels de la bobine étaient connus à l’époque, mais la manière dont Nikola Tesla les a modifiés et combinés était révolutionnaire. La bobine de Tesla de base nécessite une alimentation, un grand condensateur, la bobine elle-même (transformateur) et des électrodes à écartement réglable. Lorsqu’elle est activée, la bobine convertit l’électricité basse tension et basse fréquence en électricité haute tension et haute fréquence. Aucun fil n’est impliqué.
Au fil des ans, Tesla a breveté 50 versions différentes de la bobine, sous diverses formes et tailles, et a utilisé des variantes dans de nombreuses autres inventions. Sa plus grande bobine, construite en 1899 dans son laboratoire de Colorado Springs, mesurait 52 pieds de large selon PBS. L’apparence spectaculaire de la bobine, qu’il présentait fièrement lors de conventions et de conférences, a suscité un grand intérêt médiatique, contribuant à faire de Tesla, à 33 ans, l’un des inventeurs les plus discutés de son époque.
Système électrique AC
L’invention du système électrique à courant alternatif (AC) par Nikola Tesla représente indéniablement sa contribution la plus marquante, tant sur le plan de l’impact social que des avancées scientifiques. Le courant alternatif est défini comme un « flux de charge électrique qui inverse périodiquement » selon des sources académiques. Découvert par le scientifique anglais Michael Faraday, l’électricité AC, lorsqu’elle est exploitée, permet de transmettre « de l’énergie sur de grandes distances sans perte significative due à la résistance ».
À son arrivée à New York en 1884, Tesla découvre que l’éclairage incandescent, alimenté par la centrale de Thomas Edison, était déjà en usage depuis plusieurs années. Cette centrale utilisait le courant continu (DC), qui avait démontré son inefficacité et ses dangers. Jeune et enthousiaste, Tesla entra chez Edison, un de ses héros, et suggéra que le moteur AC sur lequel il travaillait pourrait être une option plus sûre et plus efficace que le DC. Cependant, Edison rejeta l’idée, et après un désaccord financier, Tesla quitta l’entreprise.
Avec l’appui de différents investisseurs, Tesla réalisa son rêve de conception d’une alimentation AC. En 1887, il déposa sept brevets pour des moteurs polyphasés et des systèmes de transmission de puissance. Ces réalisations attirèrent l’attention de George Westinghouse, un rival d’Edison, qui embaucha Tesla pour développer une nouvelle forme de transmission électrique à longue distance. C’est à ce moment que débuta la célèbre « Guerre des Courants ». Edison, par le biais de coups médiatiques et de procès, s’attaqua à Westinghouse et à l’AC pendant de nombreuses années. Finalement, le courant alternatif s’imposa comme la méthode privilégiée de transmission électrique, son utilisation se poursuivant encore aujourd’hui à travers le monde.
Les inventions moins connues de Tesla
Nikola Tesla, décrit comme un génie à la mémoire eidétique, a bien souvent été tourmenté par la dépression et des idées parfois extravagantes. Il était capable de se contenter de quelques heures de sommeil par nuit, ce qui ne l’a jamais empêché de réfléchir à des moyens d’améliorer le monde. Même à l’âge de 60 ans, il continuait à déposer des demandes de brevets. Si certaines de ses inventions ont marqué un tournant, beaucoup de ses concepts n’étaient pas toujours pratiques, voire technologiques réalisables.
Parmi ses créations problématiques, il existe ce que l’on appelle une « machine à séisme », un oscillateur mécanique à vapeur qu’il avait conçu pour générer de l’électricité. Cet appareil s’est avéré si puissant qu’il a provoqué des fissures et des tremblements dans son laboratoire, poussant Tesla à abandonner le projet. Sa « caméra de pensée » représente sans doute l’une de ses idées les plus étranges. Il était convaincu qu’une « image définie formée dans la pensée devait, par action réflexe, produire une image correspondante sur la rétine ». Il spéculait donc qu’un « appareil approprié » pouvait voir le jour afin de projeter des images des pensées.
Tesla a également élaboré des plans pour un dispositif sans fil capable de déclencher d’énormes explosifs en mer, générant des vagues capables de couler des flottes ennemies. Cependant, son invention militaire la plus célèbre était son « faisceau de la mort ». Composé de particules de mercure accélérées à 48 fois la vitesse du son dans une chambre sous vide, ce faisceau était si intense que Tesla affirmait qu’il pouvait détruire des flottes d’avions à 250 miles de distance. Bien qu’il l’ait qualifié de « faisceau de paix » et ait tenté de le vendre comme un moyen de dissuasion en temps de guerre, aucun pays, sauf l’Union soviétique, ne s’est véritablement intéressé à son utilisation.