FR2822590A1

FR2822590A1 - Source d'energie electrique

Info

Publication number: FR2822590A1
Application number: FR0104130A
Authority: FR
Inventors: Patrick Cornille; Jean Louis Naudin
Original assignee: ADVANCED ELECTROMAGNETIC SYSTE
Current assignee: ADVANCED ELECTROMAGNETIC SYSTE
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-27
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: WO2002075912A1; US20050057116A1; EP1389360A1; FR2822590B1

Abstract

On réalise une source d'énergie électrique à l'aide d'un condensateur à plaques en intercalant entre les plaques un jeu de tubes à plasma. On soumet l'ensemble à des cycles de charge du condensateur comportant l'excitation et la désexcitation du gaz des tubes à plasma. On montre que le dispositif a un rendement plus grand que un.

Description

Source d'énergie électrique L'invention a pour objet une source d'énergie électrique. Le but de l'invention est de proposer une source d'énergie électrique, un générateur, dont le rendement est exceptionnel. Le générateur est du type à condensateurs à décharges, notamment à décharges répétées. Le rendement est une fonction de la fréquence de décharge du condensateur et d'un nombre de cycles de charge effectué. La source de l'invention est destinée à équiper des appareils fixes ou mobiles, le générateur étant facilement transportable et étant par ailleurs autonome.

Pour comprendre le mode de fonctionnement de cette invention, il faut rappeler quelques principes bien connus de la physique classique. Si on charge un condensateur à plaques métalliques en utilisant une source de tension, et si on éloigne les plaques métalliques l'une de l'autre après avoir déconnecté le condensateur de sa source à l'aide d'un interrupteur, il se produit une augmentation de la tension aux bornes du condensateur qui résulte de la loi de conservation de la charge Q = CV.

On peut effectuer cette opération de manière symétrique en utilisant, figure 1, un montage à deux condensateurs CP1 et CP2. Les deux condensateurs CP1 et CP2 sont des condensateurs à plaques. Ils sont montés en série à l'aide d'une connexion électrique. Ces condensateurs CP1 et CP2 possèdent des plaques externes, tournées vers l'extérieur du montage, et des plaques internes, tournées vers l'intérieur du montage. Les plaques internes des deux condensateurs sont reliées entre elles électriquement par la connexion électrique. Les plaques externes sont fixes et situées à une grande distance l'une de l'autre par rapport à la distance qui sépare les plaques internes des plaques externes dans chaque condensateur. Un interrupteur S1 permet de relier conditionnellement les plaques externes à une alimentation continue HT1.

Les plaques internes sont mobiles. Lorsqu'on les enlève, après avoir ouvert l'interrupteur S1, il se produit une augmentation de l'énergie électrostatique qui est localisée dans le condensateur formé par les armatures restantes externes. Le système est donc un multiplicateur d'énergie. Cette augmentation de l'énergie est apportée par le travail de l'observateur qui effectue la manoeuvre de retrait des plaques internes. On

sait que la loi de conservation de l'énergie est satisfaite puisque les forces électrostatiques vérifient le troisième principe de Newton. Par conséquent, le rendement de l'opération ne peut pas dépasser les 100 %. L'opération de retrait des plaques peut se faire de manière rotative à l'aide d'un moteur électrique comme décrit dans le document US-A-4 127 804, de Breaux, publié le 28 novembre 1978. Dans ce document, on tente de minimiser le travail mécanique en prenant des condensateurs dont la position des plaques internes est décalée de 90 degrés. Un tel schéma ne permet pas de supprimer totalement les forces électrostatiques résistantes, et le gain obtenu se fait au détriment de la multiplication de l'énergie dans les condensateurs puisque la capacité de chaque condensateur à l'instant initial n'est plus égale.

En physique, il existe deux types de condensateurs : les condensateurs de première espèce qui sont à influence totale comme le condensateur sphérique, et les condensateurs de deuxième espèce à influence partielle comme le condensateur à plaques. Le document de Hiddink US-A-4 095 162, publié le 13 juin 1978 décrit un condensateur de première espèce dans lequel l'armature interne d'un condensateur sphérique est remplacé par une enceinte à plasma dans le but d'augmenter le potentiel de l'armature externe. Selon les auteurs de ce document, la charge portée à la surface de l'armature externe est petite ou négligeable. Des essais effectués en utilisant cette approche n'ont pas donné les résultats probants proclamés.

Dans l'invention, pour augmenter le rendement, on a modifié la structure du document Breaux en remplaçant les plaques internes par deux enceintes à plasma collées à l'intérieur des faces externes d'un condensateur plan de deuxième espèce. Par conséquent, les plaques métalliques internes des deux condensateurs montés en série de la figure 1 sont remplacées par des enceintes contenant un gaz que l'on peut ioniser en appliquant une haute tension. En variante, une seule enceinte à plasma s'étend d'une plaque interne à l'autre, formant en même temps la connexion électrique. Une seconde configuration utilisant quatre enceintes à plasma est envisageable. Cette seconde configuration permet simplement d'augmenter d'un facteur deux l'énergie de sortie du système.

On montrera plus loin comment cette structure permet de réduire le

travail à fournir pour charger les plaques externes et donc d'augmenter le rendement d'une manière exceptionnelle.

L'invention a donc pour objet une source d'énergie électrique comportant - un condensateur avec deux plaques connectées à deux bornes de la source, - un dispositif de conduction interposé entre les deux plaques, caractérisée en ce qu'elle comporte - un circuit pour rendre conducteur ou non le dispositif de conduction.

Pour sa première charge, le condensateur à deux plaques peut être connecté à une source de tension continue.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - figure 1 : déjà commentée, un générateur électrique de l'état de la technique ; - figure 2 : une représentation schématique d'une source d'énergie selon l'invention ; - figure 3 : un montage pratique permettant une mise en oeuvre réelle de l'invention dans le cadre d'un exemple simple d'utilisation ; - figure 4 : des diagrammes temporels montrant la succession des commandes appliquées aux différents organes de la source de l'invention et les résultats mesurés ; - figure 5 : une variante de réalisation de la source de la figure 2.

La figure 2 montre une source d'énergie électrique selon l'invention.

Cette source comporte un condensateur 1 avec deux plaques métalliques 2 et 3, par exemple en aluminium. Les deux plaques 2 et 3 sont connectées à deux bornes respectivement 4 et 5 de la source. Les deux plaques sont par ailleurs normalement polarisées électriquement par une alimentation électrique continue 6 raccordée aux bornes 4 et 5. Dans un exemple, les plaques 2 et 3 sont distantes l'une de l'autre de 30 cm et la tension de polarisation fournie par l'alimentation 6 continue est de 1000 volts. Le champ électrique régnant dans le condensateur est alors de 3333 volts par mètre.

Un dispositif de conduction 7 est interposé entre les deux plaques 2 et 3.

Dans l'exemple, le dispositif de conduction comporte un premier tube à

plasma 8 et un deuxième tube à plasma 9. Ces tubes 8 et 9 sont par exemple des tubes remplis d'un gaz inerte après y avoir fait le vide. Par exemple le gaz des tubes est du néon, de l'argon, ou tout autre gaz rare ou mélange de gaz rare de ce type. La pression y est faible, par exemple de l'ordre de 150 Torrs. Les tubes sont en un matériau isolant, par exemple en verre. Les tubes possèdent à leur extrémité des électrodes. Par exemple le tube 8 possède des électrodes 10 et 11 et le tube 9 des électrodes 12 et 13. Les électrodes émergent des tubes et permettent de soumettre les gaz contenus dans les tubes à des différences de tension.

Dans ce but, les électrodes 11 et 12 sont reliées entre elles par une connexion 14, alors que les électrodes 10 et 13 sont reliées aux deux pôles d'une source 15 de polarisation électrique. On peut considérer, pour simplifier l'explication, que la source de polarisation électrique 15 est une source de tension continue 16, reliée à la demande aux électrodes 10 et 13 par un interrupteur schématique 17, ou par un jeu d'interrupteurs. La tension produite par la source de tension continue 16 est par exemple de 15000 volts. L'alimentation continue 6 est par ailleurs reliée aux plaques 2 et 3 par un interrupteur schématique 18.

Le fonctionnement de l'invention est le suivant. Avec l'interrupteur 18 ouvert, en l'absence de tension, le gaz contenu dans les enceintes 8 et 9 se comporte comme un milieu diélectrique, c'est-à-dire comme un isolant. Par contre ce gaz devient un milieu conducteur lorsqu'il est ionisé par l'application d'une haute tension, produite par la source 16 et appliquée à l'aide de l'interrupteur 17. Le circuit de conduction de l'invention est ainsi formé par les tubes 8 et 9 et par la connexion 14. Le circuit pour rendre conducteur le circuit de conduction est ainsi formé par la source 16 et par l'interrupteur 17.

Une fois que le plasma est créé dans les enceintes, et alors que l'interrupteur 17 reste fermé, on charge les deux armatures métalliques externes 2 et 3 par la source 6. En pratique, on ferme l'interrupteur 18. Cette charge induit des charges de signe opposé sur les interfaces situées entre la paroi de verre des enceintes et le plasma. Lorsqu'on coupe les tensions appliquées aux armatures externes 2 et 3 et aux enceintes 8 et 9, par ouverture des interrupteurs 17 et 18, d'une part le gaz contenu dans ces enceintes redevient isolant, et d'autre part s'accomplit le travail qui était

effectué par un observateur extérieur dans le système mécanique de retrait décrit précédemment en référence au document US-A-4 127 804. Ce travail est presque gratuit en terme d'énergie apportée car il est produit par les forces Colombiennes à l'intérieur du plasma sur une distance qui est de l'ordre de grandeur de quelques longueurs de Debye AD = 69 (Te/ne) 1/2 en mètre pour une température Te en K, et alors que Te représente la température électronique, et que ne représente la densité électronique dans le plasma.

En effet, on sait que le plasma neutralise une variation spatiale de la charge en quelques longueurs de Debye. Cette approche procure un gain en efficacité du système puisque le travail s'effectue sur une très courte distance alors que pour un système mécanique le travail s'effectue sur la distance séparant les plaques externes du condensateur. Il faut noter qu'un apport d'énergie provenant du générateur alimentant le plasma n'est pas possible puisque celui-ci est coupé pendant la phase de retour du plasma à un milieu isolant. Le bilan énergétique du système sera examiné par la suite. Il tiendra compte de ce qu'il faut consommer de l'énergie pour créer un plasma.

Dans le cas d'un condensateur plan de surface S qui comprend entre ses deux armatures p lames diélectriques isotropes d'épaisseur ak et de permittivité relative Erk, la formule qui explicite la valeur de capacité du

condensateur a pour définition :

C=Eo. S/am formutel

Dans cette expression Eo est la permittivité du vide et vaut 10-9/36Tr en unité du système international, et am représente une épaisseur moyenne qui a pour expression

Pa =yL formute2 a. k=l Uk

Pour le verre, on a Er = 4 et pour l'air Er = 1. On supposera que la permittivité relative d'un gaz non ionisé est celle de l'air. La formule 2 montre par ailleurs l'intérêt de doper le verre avec un certain pourcentage de poudre de titanate de baryum dont la permittivité relative est Er = 1800.

Dans l'invention, on aboutit ainsi à réaliser deux condensateurs 19 et 20 en série, comme les condensateurs CP1 et CP2 sur la figure 1. Chaque condensateur est formée d'une plaque, 2 ou 3, du condensateur 1 et d'une

nappe conductrice résultant de la présence du gaz ionisé dans un tube, respectivement 8 et 9. Chaque armature intérieure du condensateur de la figure 1 est ainsi remplacée par une enceinte de forme parallélépipédique de surface S selon la disposition de la figure 2. Lorsque le plasma est ionisé, il devient un milieu conducteur qui remplace la seconde plaque métallique de chaque condensateur. L'épaisseur du verre de l'enceinte est a. Cette épaisseur forme la distance entre les nappes conductrices puisque les tubes 8 et 9 sont plaqués contre les plaques 2 et 3. Il en résulte que la capacité C de chaque condensateur 19 ou 20 (à supposer qu'on les construise de

manière identique) a pour expression :

C = Eo. Er. S 1 a formule 3

Pour Er = 4, une épaisseur du verre a = 1 mm et une surface S = 0. 1 m2 (environ 30 cm par 30 cm), on obtient une capacité de C = 3, 5 nF pour chaque condensateur 19 ou 20.

Puisqu'on a deux condensateurs 19 et 20 en série, la valeur de la capacité C1 équivalente de l'ensemble de ces deux condensateurs en série, à un instant initial où on commence la charge du condensateur global, est C1=C/2.

On s'arrange pour que la distance L = pa entre les deux plaques métalliques externes 2 et 3 soit un multiple de a. Par conséquent, lorsque le plasma dans chaque enceinte redevient un milieu isolant, un condensateur C2 formé par les deux plaques métalliques externes et les différentes lames

diélectriques a maintenant pour valeur

C2 = Eo. S/am formu ! e 4 avec la définition am = 4a/Er + (p-4) a formule 5 d'où le rapport P=C1/C2=2+ (p-4). Er/2 formule 5

On notera que ss est bien plus grand que 1. En utilisant un tel procédé, on peut obtenir un facteur multiplicatif important, ainsi pour l'exemple où p=300, ss a pour valeur 590. De fait, la tension aux bornes 4 et 5 croit fortement. Pour éviter une surtension dans la source 6, on prévoit soit d'ouvrir l'interrupteur 18 au moment où on ouvre l'interrupteur 17, soit en variante, ou de préférence en complément, de placer des valves électriques, de préférence des diodes, entre les bornes 4 et 5 et l'alimentation 6.

Comme la charge Q est conservée dans la transformation, on vérifie

l'égalité
Q= C1. V1 = C2. V2 formule 7

qui implique la relation

V2 = ss. V1 formule 8

confirmant l'élévation de tension.

Ainsi la transformation conduit à une élévation de la tension initiale V1 appliquée aux deux condensateurs 19 et 20 montés en série. Il faut aussi noter que la valeur du champ électrique entre les armatures des condensateurs ne se modifie pas lorsque le plasma se transforme d'un milieu conducteur en un milieu isolant. On constate cependant que le champ électrique se déploie maintenant dans tout l'espace entre les deux tubes 8 et 9 alors qu'auparavant un champ électrique nul y était observé. En outre, le temps de commutation du changement de milieu est très court, de l'ordre de quelques microsecondes.

Les énergies électrostatiques emmagasinées par les condensateurs C1 et C2 sont données par les relations :

formule 9

Il en résulte une multiplication de l'énergie

E2= J3. E1 formu) e10

On sait que l'énergie consommée Ec = Q2/C1 par la source haute tension pour charger le condensateur C1 est au mieux le double de l'énergie électrostatique présente dans C1. En effet, la source 6 doit avoir une impédance interne adaptée à celle de la charge constituée par le condensateur C1 pour que le rendement de charge soit optimal. Dans ce cas, un tel rendement optimal est de un demi. Par contre, l'énergie à la fin de la transformation est donnée par l'énergie présente dans le condensateur C2, soit E2 = Q2/2. C2. Il s'ensuit que le gain réel en énergie dans la

transformation est donné par la formule :

Y= E2/Ec=p/2 > > 1 formule 11

On peut se préoccuper de la pression dans le tube à plasma. La pression P d'un gaz non ionisé contenu dans une enceinte est donnée par la loi des gaz parfait :

P=n. kb. T formule 12

où n est la densité et T la température des atomes neutres contenus dans l'enceinte. En unité SI, la constante de Boltzmann kb a pour valeur kb = 1, 38 10-23 J/OK. A la température ambiante T = 300 K, ! a pression en Torr du gaz dans l'enceinte a pour valeur, sachant que 1 Torr = 1, 333 102 N/m2 :

P =3, 1 10-23 n qui implique n = 3, 2 1022 P formule 13 Si a = ne/n est le taux d'ionisation du gaz, qui est une grandeur comprise entre 10-8 et 10-7, la densité électronique du plasma ne en unité m-3

dans l'enceinte est donnée par la relation :

ne=a/n=3, 21022 a. P formulee14

Pour une enceinte de forme parallélépipèdique de surface S et d'épaisseur d, le nombre d'électrons contenu dans l'enceinte a pour valeur :

Ne = S. d. ne formule 15

Pour un condensateur plan de surface S, la charge Q localisée sur une plaque est donnée par la formule Q = CV où V est la tension appliquée entre les deux plaques métalliques qui constitue le condensateur. Il s'ensuit que le nombre de charges présentes sur chaque plaque a pour valeur :

N=Q/q=C. V/q formule 16 où q = 1. 6 10-19 Coulomb est la charge en valeur absolue de l'électron.

Dans l'invention, chacune des plaques métalliques situées à l'intérieur des plaques externes de la figure 1 constituant deux condensateurs montés en série est remplacée par une enceinte à plasma de forme parallélépipédique qui simule un milieu conducteur lorsque le plasma est ionisé. Il faut donc que le nombre d'électrons libres Ne dans le plasma de chaque enceinte soit supérieur au nombre de charges N nécessaire pour charger les condensateurs. Il s'ensuit qu'on doit vérifier l'inégalité :

Ne = S. d. ne N=C. V/q formule 17

La valeur de la capacité C de chaque condensateur formé par les plaques métalliques externes et les enceintes à plasma sera au maximum égale à

C = EO. Er. S/a formule 18

où a est l'épaisseur de la paroi en verre de l'enceinte.

Les formules 14 à 18 permettent de déterminer la pression minimale du gaz, en Torr, qu'on doit établir dans l'enceinte avant ionisation afin d'obtenir suffisamment de charges à partir de la relation :

P 1. 710-1ErV/a. a. d formule 19

Pour a = 0. 1 cm, d = 1 cm, Er = 4 et V = V1/2 = 500 vo ! ts et a = 10',

on obtient une pression de l'ordre de 136 Torr.

On va étudier maintenant les caractéristiques du générateur. Si R est la résistance interne de la source haute tension 16, la constante de temps de charge du condensateur C1 a pour valeur T1 = RC1. Dans le cas où la charge du condensateur s'effectue en même temps que le plasma est ionisé, le laps de temps Ts de fonctionnement du plasma est tel que Ts 4T1 pour créer et maintenir le plasma durant la phase de charge du condensateur C1.

Si Ps est la puissance débitée par la source de tension 16, l'énergie consommée par la source 16 est Es = Ps. Ts ce qui permet de calculer le

rendement du système pour un cycle de charge :

a1 = E2/ (2E1 + Es) = ss. E1/ (2E1 + Es) formule 20

Le rendement ci-dessus peut être inférieur ou supérieur à un suivant le temps de fonctionnement Ts du système. Pour obtenir un rendement supérieur à un, il faut vérifier la condition :

(ss-2). E1 > Ps. Ts formule 21

Pour un condensateur de valeur C1 = 1, 75 nF chargé sous une tension de 1 kV, l'énergie de charge de ce condensateur a pour valeur
E1 = C1. V12/2 = 8,75 10-4 Joule. Pour un coefficient multiplicateur y que raisonnablement on prend égal à 100, on obtient P = 200. Il s'ensuit que l'énergie finale après multiplication est E2 = 200 E1 = 0,175 Joules.

La puissance nécessaire pour ioniser le plasma dans les enceintes est de 50 W. Durant le temps de charge des condensateurs qui en pratique est inférieur à 1 ms, on consomme une énergie de Es = 0,050 Joule qui est fournie par une source extérieure. Le rendement de l'ensemble du système est alors de 338 %. Si on décharge le condensateur sur un laps de temps de 1 ms, la puissance électrique fournie par le système est de 175 W.

Ce rendement théorique résulte de l'énergie apportée par l'éther magnétique environnant. Il est établi sur la base d'un P théorique à 200, voire à 590. Du fait cependant de l'existence de phénomènes complémentaires de seuil (d'offset), de fuite diélectrique, de peau et autres, il peut apparaître un résultat réel bien inférieur, par exemple un ss résultant de 10. Dans ce cas, le rendement global peut devenir inférieur à un.

On peut alors augmenter considérablement l'amplification de l'énergie.

Pour ce faire, au lieu de décharger tout de suite le condensateur C2, on

effectue un deuxième cycle de charge du condensateur C1. Cette fois ci, il n'est plus nécessaire d'utiliser la source de tension 6 puisque, en l'absence de décharge, le condensateur C2 à la fin du premier cycle reste chargé avec la tension V2. Il suffit donc de rallumer les enceintes à plasma 8 et 9 une seconde fois pour créer à nouveau le condensateur C1 qui est chargé avec la tension V2. Il en en résulte la nouvelle conservation de la charge

Qo = C1. V2 = C2. V3 formule 22 avec les définitions C1 = ss. C2 V3 = ss V2 = ss2 V1 formule 23

Les énergies des condensateurs au début et à la fin du second cycle sont maintenant :

E2 = C1. V22/ 2 E3 = C2. V3 2/2 formule 24

Les relations 23 permettent d'écrire l'énergie à la fin du second cycle sous la forme :

E3 = C2. V3/ 2 = C1. V1/ 2 = (3 E1 formute 25 Le rendement des deux cycles a donc pour valeur a2 = ss3 E1/ (2 E1 + 2 Ps. Ts) formule 26

On constate un accroissement considérable du rendement qui sera plus grand que un si on vérifie maintenant la condition :

(ss3-2) E1 > 2 Ps. Ts formule 27

On peut généraliser le calcul du rendement pour n cycles en appliquant un raisonnement par récurrence, on obtient la formule :

an = ss2n-1 E1/ (2 E1 + n Ps. Ts) formule 28

Un tel processus peut rapidement conduire à une tension aux bornes de C2 qui dépasse le potentiel disruptif dans l'air, de l'ordre de 30 000 volts par cm. Dans ce cas, il faut soit que tout le dispositif soit enfermé dans une enceinte où règne un gaz isolant sous pression, soit consommer l'énergie disponible aux bornes 4 et 5. On note qu'un tel dispositif s'apparente à un générateur électrostatique de Van de Graff dont le mode de fonctionnement est purement électronique.

La figure 3 reprend les éléments de la figure 2 en précisant d'une part la structure des tubes 8 et 9, et d'autre part un circuit de consommation de l'énergie produite. Les tubes 8 et 9 se présentent ainsi sous la forme de serpentins avec des méandres tels que 21 et 22. Ces méandres sont de préférence jointifs et distribués en regard des surfaces des plaques 2 et 3 de

façon à couvrir la totalité de ces surfaces. Dans un exemple chaque tube 8 ou 9 est ainsi formé par 21 méandres tels que 21. Les calculs précédents on été menés dans cette hypothèse. De ce fait, le panneau de plasma situé en face de chaque plaque est formé par un empilement de barres de plasma, continûment reliées les unes aux autres par un conduit de plasma. Les deux panneaux de plasma 8 et 9 peuvent être reliés entre eux par une connexion électrique 14, ou par une liaison 23 en tube à plasma. Dans ce dernier cas le tube s'étend de l'électrode 10 à l'électrode 13, les électrodes 11 et 12 étant absentes. A contrario, les méandres peuvent être remplacés par une succession de tubes en série, avec chacun un jeu d'électrode, une électrode de sortie d'un tube étant électriquement connectée à une électrode d'entrée d'un tube suivant. Tout autre arrangement des méandres et des barres est envisageable. Il est dicté par la tension d'ionisation des gaz et la tension disponible sur la source 16. Notamment, tous les méandres des deux condensateurs peuvent être remplacés par deux jeux de tubes en parallèles, les deux jeux étant en série par une connexion telle que 14, ou 23
Le circuit comporte une charge résistive 24 ou un transformateur relié par l'intermédiaire d'un éclateur 25 aux bornes 4 et 5 du condensateur. Le rôle de l'éclateur est double. D'une part, il sert de dispositif de protection afin de prévenir les surtensions susceptibles de provoquer un arc électrique dans l'espace entre les deux plaques 2 et 3 ou entre les deux tubes 8 et 9. Un tel éclateur (dit spark gap en littérature anglo-saxonne) permet un passage de courant lorsque la différence de tension aux bornes est supérieure à un seuil calibré. D'autre part, l'éclateur sert de circuit de récupération de l'énergie électrostatique emmagasinée dans le condensateur.

Pour le réglage de l'appareil, on choisit dans un premier temps ss et on provoque un certain nombre de cycles d'allumage et d'extinction des tubes à plasma, à l'aide de l'interrupteur 17, pour faire monter la tension aux bornes 4 et 5, et pour collecter de l'énergie en correspondance. Si ss est fort, un nombre réduit de cycles de l'interrupteur 17 est suffisant. Si P est faible, le nombre de cycles peut être plus élevé, et la croissance plus lente, donc plus facile à maîtriser. Le choix de ss, de la fréquence de commutation de l'interrupteur 17, et de la tension de l'éclateur sont ainsi des facteurs qui permettent d'adapter la puissance consommée dans la charge. Lorsque cette tension atteint un seuil prévu d'avance (inférieur à un seuil de claquage

général) l'éclateur conduit pendant un court instant.

Cette conduction assure d'une part la consommation de l'énergie produite dans la charge 24. Cette dernière peut être une simple résistance, ou un moteur, notamment un moteur d'un véhicule. Le caractère alternatif de la conduction produite par l'éclateur peut en effet être mis à profit pour remplacer la charge par un transformateur en relation avec un moteur électrique à courant alternatif. Au besoin, une partie de l'énergie produite peut être utilisée pour recharger une batterie servant comme source 6 et ou comme source 16, avant de l'utiliser dans la charge.

D'autre part, la fin de la conduction se produit de préférence avant que toutes les charges soient évacuées des plaques. De cette façon, la recharge du condensateur avec des cycles suivants d'allumage et d'extinction des tubes à plasma peut se reproduire sans avoir besoin de recharger les plaques 2 et 3 avec la source 6.

Un circuit 26 d'ouverture ou de fermeture de l'interrupteur 17 peut être un simple générateur de tension alternative à fréquence variable attaquant un relais 17. De préférence, ce circuit 26 comportera un microprocesseur commandé en fonction des besoins, ou en fonction d'une mesure de la puissance consommée dans la charge.

La figure 4 montre des diagrammes temporels de signaux électrique rencontrés dans le dispositif de l'invention. Un premier diagramme 117 présente les dates t1 à t14 et suivantes auxquelles l'interrupteur est fermé (indices impairs) puis ouvert (indices pairs). Le signal représenté est par exemple le signal produit par le circuit 26. Un diagramme PL montre en correspondance aux mêmes dates des ionisations et désionisation du plasma dans les tubes 8 et 9. Un diagramme 118 montre la fermeture puis l'ouverture aux dates t1 b et t2b de l'interrupteur 18. La date t1 b est proche ou simultanée de la date t1, par exemple elle est postérieure (pas antérieure) à la date t1 de quelques microsecondes. Cette quasi-simultanéité peut être calibrée à l'aide d'un microprocesseur 26 cadencé à une fréquence donnée, par exemple supérieure à un MHz, et qui excite l'interrupteur 18 après l'interrupteur 17. Le contraire serait toutefois possible : il y aurait seulement une consommation d'énergie plus grande au démarrage (défavorable au rendement). La date t2b à laquelle l'interrupteur 18 est ouvert peut être repoussée dans le temps. Dans ce cas l'interrupteur peut même rester fermé

définitivement par la suite. Avec un interrupteur 18 fermé définitivement, la présence des diodes telles que 27 et 28 jouant le rôle de valves électriques unidirectionnelle en série est indispensable pour isoler la source 6 de la haute tension qui va naître entre les bornes 4 et 5.

Un diagramme V45 montre la tension présente entre les plaques 2 et 3. A la date t1 b, cette tension V45 monte à la valeur de la tension fournie par la source continue 6. La montée est de type exponentiel du fait des résistances internes de la source 6 et des connexions électriques de raccordement. A la date t2, le phénomène d'amplification de tension se produit brutalement. Dans un exemple la tension V45 passe ainsi de 1000 volts à 10 000 volts. L'élévation est immédiate, presque sans constante de temps décelable.

La figure 4 montre en fait deux types d'utilisation : une utilisation avec consommation immédiate de l'énergie, et une utilisation préférée avec amplification progressive. Dans le premier cas, une utilisation immédiate de l'énergie stockée dans le condensateur C2 est provoquée à une date t2u, postérieure, mais de très peu, à la date t2. Par exemple dans ce cas, l'éclateur 25 est remplacé par un interrupteur, et cet interrupteur est fermé à l'instant t2u. Dans ce cas, la tension du condensateur C2 chute dans la charge 24, avec une constante de temps T dépendant de la valeur de cette charge et de la valeur du condensateur C2.

Comme on l'a vu précédemment, pour des conditions pratiques de réalisation, il est possible que le rendement énergétique ne soit pas supérieur à un. Dans ce cas, plutôt que de provoquer une utilisation immédiate de l'énergie, on préférera mettre en oeuvre une amplification progressive. Dans ce but, l'interrupteur 17 est régulièrement cadencé pour être alternativement fermé et ouvert. Ainsi à la date t3, la fermeture de l'interrupteur 17 provoque l'ionisation des tubes comme à la date t1.

L'ouverture à la date t4 provoque l'élévation de la tension comme à la date t2. On notera que ce phénomène se produit si une tension résiduelle est encore disponible dans le condensateur C1, après sa décharge. Cette disponibilité peut être assurée naturellement par un éclateur 25 qui cesse de conduire lorsque la tension à ses bornes est inférieure à un seuil qui n'est pas nul. En variante, un interrupteur, inséré en série entre l'éclateur 25 et une connexion à une borne 4 ou 5 de cet éclateur, peut être

momentanément ouvert. Par exemple cette ouverture peut être commandée par le microprocesseur 26.

Dans ce dernier cas, à des dates t5 et t6 ultérieures, l'ionisation puis la désionisation des tubes 8 et 9 provoquent une élévation supplémentaire 29 de tension. La tension obtenue peut alors être suffisante pour que l'énergie emmagasinée soit supérieure à l'énergie de charge des différents condensateurs et tubes, de façon à ce que le rendement devienne supérieur à un. Au moment où cette tension très élevée est disponible, soit l'éclateur se déclenche, soit un interrupteur permet la mise en circuit de la charge 24.

Dans ce cas, celle ci est soumise à une impulsion de tension 30 d'un signal impulsionnel V24. La durée de l'impulsion de tension 30 est de préférence plus courte que la durée qui sépare une date t2i (indice pair) de désionisation et une date t2i+1 (indice impair) d'ionisation. Dans ces conditions, la charge

24 est soumise à un régime impulsionnel dont la fréquence vaut

f =1/ (t2i-t2i+4). formule 30

Ce dernier signal V24 peut être introduit dans un transformateur en vue de son utilisation pour commander tout équipement, notamment un équipement mobile. Dans un exemple préféré, la fréquence des impulsions d'ionisation désionisation est comprise dans une gamme de 1 à 10 kHz. On notera par ailleurs que le rapport cyclique des impulsions appliquées sur les tubes 8 et 9 n'a pas besoin d'être un demi. Seul de ce point de vue compte, pour l'essentiel, les qualités intrinsèques du gaz employé dans les tubes et la nature de ces tubes.

Compte tenu des pertes par fuites électriques, le rendement peut être affecté par la rapidité avec laquelle on effectue les ionisations désionisations. On a ainsi pu mettre en évidence que le phénomène se produisait à coup sur lorsque la fréquence de commutation de l'interrupteur 17 était de l'ordre de ou supérieur à 1 kHz.

En agissant ainsi, le circuit pour rendre conducteur le dispositif de conduction comporte un circuit 26 pour être commuté périodiquement pendant un ou plusieurs cycles après avoir chargé le condensateur. De préférence dans ce cas, le générateur de tension commutée comporte l'interrupteur 18 pour déconnecter la source continue 16 de charge du condensateur après l'avoir chargé une première fois, au moins entre chaque groupes de cycles périodiques de commutation.

La figure 5 montre une variante de réalisation dans laquelle les tubes 8 et 9 sont dédoublés pour comporter chacun un jeu de tubes 31 et 32 et 33 et 34 prenant en sandwich les plaques respectivement 2 et 3. On peut montrer facilement que cette solution permet de multiplier par deux l'énergie de sortie à rendement égal.

Les possibilités d'optimisation de l'invention se situent dans l'amélioration du rendement des condensateurs par le choix d'un diélectrique adéquat, par la maximisation de la distance L séparant les deux plaques 4 et 5, et par la minimisation de l'énergie nécessaire pour l'ionisation du plasma, ce qui implique l'optimisation des tubes et de la pression du gaz retenu pour le remplissage des tubes.

Claims

REVENDICATIONS 1-Source d'énergie électrique comportant - un condensateur (1) avec deux plaques (2,3) connectées à deux bornes (4,5) de la source, - un dispositif (8,9) de conduction interposé entre les deux plaques, caractérisée en ce qu'elle comporte - un circuit (16,17) pour rendre conducteur ou non le dispositif de conduction.
2-Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que - le dispositif de conduction comporte un gaz contenu dans une enceinte, - le circuit pour rendre conducteur comporte un circuit pour exciter le gaz et le transformer en plasma.
3-Source selon la revendication 2, caractérisée en ce que - le circuit pour exciter le gaz comporte un jeu d'électrodes (10-13), une alimentation électrique, et un circuit pour appliquer périodiquement une tension de l'alimentation électrique aux électrodes.
4-Source selon la revendication 3, caractérisée en ce que la fréquence de l'application périodique est supérieure ou égale à 1 kHz
5-Source selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte - un circuit (18) de charge et un circuit (25) de décharge du condensateur à plaques, - le circuit de charge comporte une alimentation électrique à courant continu isolée du circuit de décharge par une valve électrique (27,28) unidirectionnelle en série.
6-Source selon la revendication 5, caractérisée en ce que - le circuit de décharge comporte, en parallèle avec le circuit de charge, un éclateur (25) en série avec une charge résistive.
7-Source selon l'une des revendication 1 à 6, caractérisée en ce que - le circuit pour rendre conducteur ou non le dispositif de conduction comporte un générateur de tension commutée.
8-Source selon la revendication 7, caractérisée en ce que le générateur de tension commutée comporte un circuit (26) pour être commuté

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périodiquement pendant un ou plusieurs cycles après avoir chargé le condensateur.
9-Source selon la revendication 8, caractérisée en ce que le générateur de tension commutée comporte un circuit (18) pour déconnecter une source continue de charge du condensateur après l'avoir chargé.
10-Source selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que le générateur de tension commutée est à fréquence variable.
11-Source selon la revendication 10, caractérisée en ce que la fréquence variable du générateur est réglée en fonction de la valeur d'une charge résistive raccordée aux bornes de la source.
12-Source selon l'une des revendication 1 à 9, caractérisée en ce que - le circuit de conduction comporte des tubes en verre dopé au titanate de baryum.
13-Source selon l'une des revendication 1 à 9, caractérisée en ce que le gaz est de l'argon, ou tout autre gaz rare ou mélange de gaz rare.