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photo d’un éclair
J’en ai déjà parlé, Benjamin Franklin (surtout connu pour son engagement politique durant la guerre d’indépendance des États-Unis), était également un grand scientifique.

De ses nombreuses inventions, la plus sympathique selon moi sont les cloches détectrices d’orage.

Franklin était le premier à avoir compris l’origine électrique des orages et, en plus du paratonnerre qu’il inventa pour protéger les gens durant un orage, il inventa un dispositif qui permettaient d’en détecter l’approche :

les cloches de Franklin
Schéma des double cloches de Franklin (source)

Durant un orage, les mouvements ascendants d’air humide et chaud — moins denses — entraîne des charges électriques en altitude : les gros nuages d’orage se chargent donc progressivement en électricité et le sol se décharge : il se crée alors une différence de potentiel électrique entre le sol et les nuages qui augmente suffisamment pour surpasser la résistance de l’air et provoquer un éclair.

Les cloches de Franklin utilisent le fait que le ciel et la terre ont des charges électriques opposées.

Le principe est le suivant : on dispose de deux cloches fixes, isolées, et espacées de quelques centimètres : l’une est reliée à la terre par un conducteur, l’autre est reliée à l’air par un râteau ou une grille qui prend le vent. Il est important que les deux cloches soient isolées électriquement (par exemple avec une armature en plastique ou en bois). Les deux cloches prennent alors respectivement le potentiel électrique de la terre et de l’air.
Un petit pendule métallique suspendu par un fil isolant se trouve entre les cloches

Quand une brise de vent pousse la bille sur une des cloches, ces deux dernières égalisent leur potentiel électrique, ce qui a pour effet de produire une force répulsive entre les deux. Le pendule est donc renvoyé vers l’autre cloche dont il prend alors son potentiel électrique (opposé à celui de la première), avant d’être repoussé à nouveau vers la première cloche, et ainsi de suite.
Le pendule effectue alors un mouvement de va et viens entre les deux cloches. Un petit son est émis à chaque contact du pendule et de la cloche. Ce mouvement est entretenu tant que l’orage est là.

Le principe de fonctionnement est résumé sur cette animation (source)

Il est possible de faire des cloches de Franklin à la maison, avec très peu de matériaux ; il vous faut :

  • deux canettes de soda en aluminium
  • du papier d’aluminium
  • une paille (ou tout autre tige légère et rigide en plastique)
  • du fil isolant (fil de pêche ou laine par exemple)
  • du fil conducteur (fil de fer ou de cuivre)
  • optionnellement une grille métallique (passoire, râteau, fourchette par exemple)

Cette vidéo explique le début, mais pour détecter les vrais orages, il faut relier une des canettes à la terre (par exemple en plantant un bout du fil dans le sol) et l’autre canette à l’air (par exemple en la reliant à une passoire ou un râteau qui soit isolé du sol : la passoire filtre l’air et captera son électricité). Si tout est bien fait, que ça se passe bien et si un orage approche, la cloche se mettra a sonner !

image de Duane Schoon

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matheod a dit :

Mais le moindre coup de vent ne fait il pas aussi sonner la cloche ?

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BigDuke a dit :

Sympa je connaissais pas !
Il était pas bête le Benjamin Franklin et il devait avoir du temps à rien faire :P

J'ai bien envie de tester...

J'imagine que la taille du système sera lié à l'effet plus ou moins local de l'orage (ie, la distribution des charges électriques)... ?

Question : Si on fabrique des cloches immenses (et sans tenir compte de l'inertie des pendules), ça mettra plus de temps à sonner ou moins de temps ? ou il faut raisonner en fréquence ? ou le lien est plus subtil ?

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Le Hollandais Volant a dit :

@matheod :

Si, mais pas de façon régulière. Quand les cloches sont chargées, le son de cloche est très régulier : https://www.youtube.com/watch?v=A84NzLckYmg&t=3m

@BigDuke :
Franklin a fait beaucoup de choses dans sa vie.

La taille du système n’importe pas sur le fonctionnement, je pense. C’est juste que des cloches plus grandes demanderont plus de temps pour se charger. Globalement, les cloches fonctionnent comme des condensateurs. Une grande cloche pourra comporter plus de charges électrique, mais la distribution de charges (densité de charge) sera plus faible.

Je dirais que ça dépend principalement de l’écartement entre les cloches.

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ROUGEXIII a dit :

intéressant, il existe des moyen de détecter les orage par électronique?

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Le Hollandais Volant a dit :

@ROUGEXIII : Oui, avec les cloches : plutôt que placer un petit pendule entre les deux, il suffit de placer un voltmètre : ce dernier détectera la différence de potentiel. Il existe des voltmètres qui peuvent envoyer les informations par USB et des voltmètres en tant que carte d’acquisition pour ordinateur.

Mais là, deux choses auxquelles il faut faire attention :
– il faut un voltmètre assez précis et dont le courant de fuite est très très bas. Le la différence de potentiel (DDP) peut atteindre quelques milliers de volts, l’intensité du courant est très faible (quelques micro-ampères). Il faut donc faire attention à ce que le voltmètre ne laisse pas passer ce courant très faible.
– il faut éviter la surcharge entre les deux cloches : si les cloches se chargent durant des heures sans jamais être déchargées (c’est le rôle joué par le pendule, qui transporte quelques charges à chaque va-et-vient), la tension entre les deux cloches peut devenir importante. Placer une sorte de diode du style "ampoule à vide" peut être judicieux : le courant ne passera pas, mais si la tension augmente trop, l’ampoule va générer un arc électrique qui va décharger les cloches.

(plusieurs milliers de volt peut semble impressionnant, mais c’est à peu près ce qu’on se prend quand on reçoit une décharge d’électricité statique ordinaire. Ces déchargent peuvent monter jusqu’à 35 000 volts).

Sinon, avec le voltmètre, on peut aussi utiliser un peu d’électronique de base avec des amplificateurs opérationnels ou des diodes pour allumer une lumière, voire une alarme si un orage est détecté.

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Ginko a dit :

@Le Hollandais Volant : Apparemment une décharge de foudre, ça se mesure un centaines de milliers d'ampères. Du coup en agrandissant le système (genre une tour avec un filet métallique) on devrait pouvoir récupérer de l'énergie électrique exploitable... à partir de quelques dizaines d'ampères ça commencerait à être intéressant, non ?

Du coup je me demande... est-ce que ce genre de chose pourrait être exploité hors condition orageuses ? Par exemple dans une ville en été il doit y avoir des courants chauds qui montent le long des immeubles... est-ce qu'ils pourraient être exploitables ?

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Le Hollandais Volant a dit :

@Ginko : probablement.
Déjà en condition de pluie seule, les goûtes d’eau sont chargées : certains voulaient récupérer l’énergie avec ça.


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