j’ai toujours n’aimait pas les affirmations exagérées de percées scientifiques et techniques imminentes, telles que la fusion bon marché, les voyages supersoniques bon marché et la terraformation d’autres planètes. Mais j’aime les appareils simples qui font une grande partie du travail fondamental de la civilisation moderne, en particulier ceux qui le font modestement – ou même de manière invisible.
Aucun appareil ne correspond mieux à cette description qu’un transformateur. Les non-ingénieurs sont peut-être vaguement conscients que de tels appareils existent, mais ils n’ont aucune idée de leur fonctionnement et à quel point ils sont absolument indispensables dans la vie de tous les jours. (Un transformateur est un appareil qui transfère l’électricité entre deux circuits tout en modifiant la tension, c’est-à-dire la «pression» de la puissance du courant électrique.)
Les fondements théoriques ont été posés au début des années 1830, avec la découverte indépendante de l’induction électromagnétique par Michael Faraday et Joseph Henry. Ils ont montré qu’un champ magnétique changeant peut induire un courant d’une tension plus élevée (appelée «step up») ou inférieure («step down»). Mais il a fallu encore un demi-siècle avant que Lucien Gaulard, John Dixon Gibbs, Charles Brush et Sebastian Ziani de Ferranti puissent concevoir les premiers prototypes de transformateurs utiles. Ensuite, un trio d’ingénieurs hongrois – Ottó Bláthy, Miksa Déri et Károly Zipernowsky – a amélioré la conception en construisant un transformateur toroïdal (en forme de beignet), qu’ils ont exposé en 1885.
L’année suivante, un meilleur design fut introduit par un trio d’ingénieurs américains – William Stanley, Albert Schmid et Oliver B. Shallenberger, qui travaillaient pour George Westinghouse. L’appareil a rapidement pris la forme du transformateur Stanley classique qui a été conservé depuis: un noyau central en fer constitué de fines lamelles d’acier au silicium, une partie en forme de «E» et l’autre en forme de «I» pour faciliter les choses pour faire glisser les bobines de cuivre enroulées en place.
Dans son discours à l’American Institute of Electrical Engineers en 1912, Stanley s’est à juste titre émerveillé de la façon dont le dispositif offrait «une solution aussi complète et simple à un problème difficile. Cela fait honte à toutes les tentatives mécaniques de régulation. Il gère avec une telle facilité, certitude et économie de vastes charges d’énergie qui lui sont instantanément données ou prélevées. C’est tellement fiable, solide et certain. Dans cet acier et ce cuivre mêlés, des forces extraordinaires sont si bien équilibrées qu’elles sont presque insoupçonnées.
Les plus grandes incarnations modernes de cette conception durable ont permis de fournir de l’électricité sur de grandes distances. En 2018, Siemens a livré le premier de sept transformateurs records de 1 100 kilovolts qui permettront de fournir de l’électricité à plusieurs provinces chinoises reliées à une ligne CC haute tension de près de 3 300 kilomètres.
Le nombre de transformateurs a dépassé tout ce que Stanley aurait pu imaginer, grâce à l’explosion des appareils électroniques portables qui doivent être rechargés. En 2016, la production mondiale de smartphones à elle seule dépassait 1,8 milliard d’unités, chacune étant soutenue par un chargeur abritant un minuscule transformateur. Vous n’avez pas besoin de démonter le chargeur de votre téléphone pour voir le cœur de ce petit appareil; un démontage complet du chargeur iPhone est affiché sur Internet, le transformateur étant l’un de ses plus gros composants.
Mais de nombreux chargeurs contiennent des transformateurs encore plus petits. Ce sont des dispositifs non Stanley (c’est-à-dire non bobinés) qui tirent parti de l’effet piézoélectrique – la capacité d’un cristal contraint à produire un courant, et d’un courant à déformer ou déformer un cristal. Les ondes sonores frappant un tel cristal peuvent produire un courant, et un courant traversant un tel cristal peut produire un son. Un courant peut de cette manière être utilisé pour créer un autre courant d’une tension très différente.
Et la dernière innovation concerne les transformateurs électroniques. Ils sont très réduits en volume et en masse par rapport aux unités traditionnelles, et ils deviendront particulièrement importants pour intégrer les sources intermittentes d’électricité – éolienne et solaire – dans le réseau et pour permettre les micro-réseaux CC. Sans transformateurs, nous n’aurions pas l’âge de l’électricité omniprésente et nous ne serions pas coincés dans l’ère des lampes à huile et du télégraphe.
De Les chiffres ne mentent pas par Vaclav Smil, publié par Penguin Books, une marque de Penguin Publishing Group, une division de Penguin Random House, LLC. Copyright © 2020 par Vaclav Smil.
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