FR2978620A1 - "commutateur a gaz declenche par filament laser." - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de commutation électrique à haute tension comprenant au moins : - deux électrodes distantes portées à une différence de potentiel, - un dispositif laser pour relier électriquement les deux électrodes de façon à amorcer un arc électrique ; ce dispositif laser comprenant un laser pulsé configuré pour générer, selon un processus dit de filamentation, un filament laser reliant électriquement les deux électrodes.

Description

- 1- " Commutateur à gaz déclenché par filament laser."

La présente invention se rapporte à un système de commutation électrique à haute tension. Elle trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine des puissances pulsées. La science et la technologie des puissances pulsées sont basées sur la manipulation de l'énergie pour passer d'un stockage sur des temps longs à une délivrance sur des durées très brèves ou avec un front de montée très io raide. Ces performances sont atteintes par la réalisation de briques technologiques qui sont optimisées individuellement mais aussi entre chacune desquelles l'adaptation est optimisée. Au premier titre, la brique de commutation est un élément-clé de la performance finale et aussi un élément où la marge de progression existe encore. 15 A titre d'exemple, le système selon la présente invention peut être mis en oeuvre en tant qu'éclateur avec son déclencheur dans un générateur de Marx. Un tel générateur est un circuit électrique destiné à produire une impulsion de haute tension avec un courant fort. Pour ce faire, on charge en parallèle plusieurs condensateurs à une tension donnée. Puis, on décharge en 20 série tous les condensateurs par l'intermédiaire d'éclateurs. (« spark gap switches » en anglais). La synchronisation des éclateurs placés entre chaque étage est la clé d'un fonctionnement nominal. On connaît des systèmes ayant pour objectif de réaliser une commutation rapide à basse inductance et un déclenchement bien 25 synchronisé. Le document FR2702900 (Al) (aussi publié en tant que US5621255) décrit un générateur de Marx à éclateur de surface. Il s'agit de trois électrodes planes séparées par une feuille diélectrique. Lorsqu'on applique une tension suffisante à l'une des électrodes, le courant passe entre les deux 30 autres électrodes servant de conducteur pour les condensateurs. Le document US5399910 (A) décrit un générateur d'impulsions de très haute tension et de courant fort. Des câbles coaxiaux sont chargés en parallèle, puis on utilise des éclateurs à commande électrique pour les décharger en série. 35 De façon générale, on connaît des commutateurs à gaz déclenchés électriquement : 2 Ces composants ont un pouvoir élevé de tenue à la tension statique, en particulier avec la surpression en gaz (air, azote), ou l'utilisation de gaz fortement électronégatif (hexafluorure de soufre SF6). Ils sont utilisés depuis de nombreuses années et ont subi finalement peu de modifications, sauf lors de l'introduction du déclenchement par décharge électrique annexe (« trigatron » et « field distorsion effect »). Ils sont réputés pour leur fiabilité, leur tenue en tension et leur capacité à faire passer des charges élevées et des courants crêtes élevés. Une décharge initiatrice puissante fournira des photons ultraviolets capables de pré-ioniser le gaz en volume et d'améliorer io la croissance de la décharge principale. Leurs points faibles se situent à deux niveaux : - la nécessité d'organiser des circuits haute tension pulsés annexes pour polariser l'électrode de déclenchement. Ces circuits annexes peuvent être coûteux, consomment de l'espace, et font eux-mêmes appel à des 15 éclateurs en général ; on empile ainsi les incertitudes temporelles. - le temps de diffusion du plasma pour remplir l'espace interélectrodes et assurer une conduction suffisante. On connaît également des commutateurs à gaz déclenchés par laser : Ces commutateurs sont une évolution du précédent type, mais avec 20 une initiation par laser d'un plasma localisé entre les électrodes. Ce plasma peut être une plume de plasma créée au milieu du gaz (interaction laser-gaz) ou bien au niveau d'une électrode (interaction laser-solide). Ils gagnent en fiabilité car ils permettent de se placer plus loin du point d'autodéclenchement. Le temps mis par la plume de plasma pour se 25 développer dans l'espace interélectrodes induit un délai laser-courant qui peut être long et une jigue temporelle (jitter) sur ce temps. On connaît enfin des commutateurs à semi-conducteur : Ce type de composant est en développement mais n'a pas encore atteint sa maturité. En effet il s'agit de composants ne pouvant supporter une 30 tension statique très élevée (typiquement quelques kV) et ne pouvant supporter un courant de conduction élevé (typiquement quelques kA). Par suite il est nécessaire de placer plusieurs composants en série pour tenir la tension statique. En outre il est nécessaire d'installer en parallèle plusieurs de ces chaînes pour répartir le courant dans la limite du supportable. On arrive 35 ainsi à un montage série/parallèle qui peut concerner un nombre important de composants élémentaires (dizaines, centaines), ce qui est coûteux et encombrant. Enfin il est nécessaire de soigner la fiabilité du déclenchement, afin de n'avoir aucun composant élémentaire non déclenché. Le non respect de cette condition entraîne la destruction de tout ou partie de l'ensemble. Ceci demande un système de déclenchement puissant et une circuiterie complexe pour amener l'impulsion de déclenchement à chaque élément. Un défaut supplémentaire vient de la limitation en puissance et en charge traversante. Une impulsion trop longue va entraîner un dépôt d'énergie et un échauffement rédhibitoire. Enfin le temps de montée du courant est souvent insuffisant pour beaucoup d'applications (200ns à 2ps) pour un coût io individuel assez élevé (typiquement 2000 à 3000E).

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un système de commutation rapide à haute tension et fort courant. 15 Un autre but de l'invention est d'élaborer un système de commutation à commande laser simple à mettre en oeuvre, en particulier lorsqu'il y a plusieurs étages. On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un système de commutation électrique à haute tension comprenant au moins : 20 - deux électrodes distantes portées à une différence de potentiel, - un dispositif laser pour relier électriquement les deux électrodes de façon à amorcer un arc électrique. Selon l'invention, le dispositif laser comprend un laser pulsé configuré pour générer, selon un processus dit de filamentation, un filament de plasma, 25 ci-après désigné filament laser reliant électriquement les deux électrodes. Avec le système selon l'invention, on utilise un laser pulsé notamment de type femtoseconde tel que décrit dans la publication Femtosecond filamentation in transparent media Couairon and Mysyrowicz, Physics Reports, 441 (2007) p. 47-189). 30 En d'autres termes, le système selon l'invention consiste à coupler un espace inter-électrodes avec le foyer étendu et linéaire d'un faisceau laser ultra bref et ultra intense. L'invention est une application non-photonique des lasers ultra courts. Si l'on atteint dans l'espace inter-électrodes une condition de flux laser (W/cm2) supérieur à un seuil qui dépend du milieu inter 35 électrodes, ce milieu s'ionise selon un canal filiforme homogène sur une longueur très supérieure à l'extension du foyer linéaire. Cette ionisation se 4 développe pendant la durée de l'impulsion, soit moins que 0,1 nanoseconde, et a une durée de vie de l'ordre de 1 ns. Ainsi l'espace inter-électrodes, que l'on suppose être en dessous du seuil de claquage sous haute tension statique, se trouve brusquement court- circuité par un canal linéaire résistant. Le passage du courant dans ce canal induit un échauffement et une augmentation du diamètre du canal et le passage d'un courant rapidement variable. L'un des avantages de l'invention est de réaliser un canal résistant continu entre les électrodes, sans aucune interruption. Si une interruption io existait, comme dans des systèmes de l'art antérieur de claquage laser, un temps difficilement contrôlable serait nécessaire pour combler cet espace (par diffusion ou par dérive dans le champ électrique statique) et assurer la conduction, ce temps étant fortement dépendant de la pression et de la nature du milieu inter-électrodes. 15 Le champ de claquage est le champ électrique inter-électrodes permettant la création d'un arc électrique entre les deux électrodes en absence d'un plasma. Par ailleurs, dans le système selon l'invention, le faisceau laser incident fournit une référence temporelle fiable pour la décharge. Ce système de 20 commutation électrique est rapide, à haute tension et permet la circulation d'un courant fort. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les deux électrodes sont disposées l'une après l'autre le long du filament laser. Dans ce mode de réalisation, la distance inter-électrodes peut être définie le long 25 du filament. Avantageusement, au moins l'une des électrodes comporte une ouverture la traversant de part et d'autre, le filament laser étant destiné à traverser ladite ouverture et atteindre l'autre électrode. Le trajet du courant se fait dans le filament parallèlement à l'axe du filament. 30 De préférence, les deux électrodes comportent chacune une ouverture ; les deux ouvertures étant colinéaires, le filament traverse alors les deux ouvertures. On peut configurer le laser pulsé pour que le diamètre du filament soit inférieur ou égal au diamètre de l'ouverture. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les deux 35 électrodes présentent chacune une forme cylindrique, l'ouverture étant réalisée selon l'axe de révolution du cylindre, cet axe étant colinéaire avec l'axe du filament. En particulier, on peut prévoir que l'ouverture soit réalisée de sorte que l'une au moins des deux électrodes présente une forme autour de l'ouverture identique à la forme d'un tore ; le filament et cette électrode étant ainsi tangents le long d'un cercle. En d'autres termes, la surface interne de l'électrode définissant l'ouverture est de forme arrondie de sorte que cette électrode rentre en contact avec le filament sur une ligne circulaire perpendiculaire à l'axe du filament. Selon un autre mode de réalisation, les deux électrodes peuvent être disposées l'une en face de l'autre selon un axe perpendiculaire à l'axe du io filament. Dans ce cas, la distance inter-électrodes peut être définie selon une direction perpendiculaire à l'axe du filament. On peut configurer le laser pulsé pour que le diamètre du filament soit sensiblement égal à la distance inter-électrodes. Avantageusement, au moins l'une des électrodes peut présenter un 15 profil arrondi du côté du filament dans un plan comprenant l'axe du filament. Dans ce cas, le filament et l'électrode sont tangents en un point. De façon générale, une forme arrondie (cylindrique y compris) de l'électrode a pour avantage d'éviter des amorces de décharge aux angles, et d'allonger les lignes de contact plasma-métal et d'attacher les arcs à des 20 parties massives. Autrement, on peut prévoir que les deux électrodes présentent une forme allongée le long du filament. Dans ce cas, le contact entre le filament et l'électrode se fait selon une ligne le long du filament. Le claquage se fait alors tout le long de l'électrode, le courant est ainsi réparti, ce qui diminue 25 fortement l'inductance. Avoir une inductance faible est un gage de temps de réponse court, donc un système rapide. En effet, les éléments inductifs introduisent des temps de latence qui sont néfastes à la rapidité du système. En pratique, lorsque le filament laser n'est pas bloqué par l'une des électrodes, un écran de blocage est disposé à travers et à l'extrémité distale 30 du filament. Selon l'invention, on utilise une pièce de maintien en matériau rigide et isolant électriquement, attachée aux deux électrodes pour maintenir fixe la distance inter-électrodes. Cette pièce de maintien peut également être amovible et/ou réglable de façon notamment à modifier la distance inter- 35 électrode le cas échéant.

Cette pièce de maintien forme une cavité contenant les deux électrodes. La cavité peut être dotée d'un conduit d'introduction d'un gaz d'amorçage ou de rinçage inter-électrodes. Le milieu inter-électrodes peut être l'air à pression atmosphérique pour simplifier les réalisations. Cependant, la filamentation laser peut être mise en oeuvre dans un gaz, de 0,1 bar à quelques bars pour les gaz, et aussi dans un liquide. Afin de permettre l'alignement des différents éléments du système selon l'invention, on prévoit en outre un positionneur, portant les électrodes, pour positionner ces électrodes par rapport au filament. io Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les deux électrodes constituent un éclateur pour un circuit électrique extérieur, l'une des électrodes étant reliée à la masse de ce circuit électrique, l'autre électrode étant reliée à une autre borne de ce circuit électrique extérieur. Le système selon l'invention associant haute tension et filamentation 15 laser permet de réduire à un niveau très faible le temps résiduel entre l'instant d'application d'une sollicitation externe, électrique ou non, en vue de déclencher un éclateur à gaz soumis à une tension électrique élevée, et l'instant de réalisation d'un niveau significativement important du courant électrique traversant l'éclateur. 20 En général, les éclateurs à gaz ont des retards au déclenchement considérés comme faibles par rapport à d'autres dispositifs, mais significativement plus longs que le présent système selon l'invention. La présente invention réduit à un niveau sub-nanoseconde le jitter de fermeture d'un éclateur à gaz. L'invention permet une synchronisation quasi 25 parfaite d'éclateurs à gaz sur des systèmes commutateurs allant jusqu'au mètre. A titre d'exemple non limitatif, le circuit électrique extérieur peut être un générateur de Marx. La brièveté du retard accessible par le système selon l'invention permet une utilisation directe du pouvoir de commutation mais 30 aussi une association synchronisée de tels composants pour former un générateur pulsé de très haute tension, justement de type générateur de Marx, avec des performances améliorées par rapport à l'état de l'art, ou pour former tout autre dispositif électrique nécessitant une telle synchronisation. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système peut comporter 35 plusieurs paires d'électrodes disposées le long du filament. Cela permet d'exploiter l'importante extension spatiale du canal ionisé (dizaine de cm à 7 100cm). Ainsi, il est possible de synchroniser plusieurs claquages initiés par laser, principalement en disposant les espaces inter-électrodes successivement sur le trajet du laser. La propagation de l'ionisation se fera avec la vitesse de la lumière, tout comme l'onde de courant qui pourra se développer. Dans ces conditions, il est possible de disposer plusieurs éclateurs déclenchés selon un circuit électrique en série et de constituer par exemple un générateur additionneur du type générateur de Marx, ou bien un générateur à câble avec un seul laser. Avec les déclenchements laser classiques, il n'est pas possible de créer plus d'un foyer optique sauf à diviser io le faisceau en plusieurs branches mais dans ce cas, la puissance initiale doit être surdimensionnée pour atteindre le seuil de claquage sur chaque faisceau. Avantageusement, chaque électrode est constituée à partir d'un métal pur ou d'un alliage métallique, notamment à partir d'un alliage de cuivre et de tungstène. Cet alliage est parfois nommé « cuten » et présente une très 15 bonne résistance à l'érosion. Le diamètre du filament varie entre une fraction de millimètre et quelques millimètres. Le laser pulsé peut délivrer des impulsions ultracourtes de lumière infrarouge, visible ou ultraviolette à haute puissance. 20 Avec le système selon l'invention, la longueur du filament laser peut être comprise entre quelques centimètres et un mètre. On obtient ainsi un système simple à mettre en oeuvre et qui peut être commandé à distance.

25 Bien entendu, les différentes caractéristiques, formes et variantes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

30 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : - La figure 1 est une vue schématique d'un système de commutation électrique rapide à haute tension et fort courant déclenché par filamentation 35 laser selon l'invention, dans une disposition coaxiale des électrodes ; - La figure 2 est une vue en coupe latérale du système de la figure 1 ; 8 - La figure 3 est une vue en coupe transversale du système de la figure 1; - La figure 4 est une vue schématique d'un système de commutation électrique rapide à haute tension et fort courant déclenché par filamentation laser selon l'invention, dans une disposition croisée des électrodes ; - La figure 5 est une vue en coupe transversale du système de la figure 4 ; et - La figure 6 est une vue schématique d'un système selon l'invention comprenant plusieurs couples d'électrodes. i0 Sur les figures 1 à 3, on voit un circuit électrique externe C qui peut comprendre un ou plusieurs des éléments suivants en combinaison : condensateur, résistance et inductance. Ce circuit électrique externe est relié à la masse et comporte une entrée E. Le système selon l'invention comprend 15 en particulier un éclateur constitué de deux électrodes 1 et 2 destinées à décharger le circuit électrique externe ; ce circuit aura été chargé au préalable via un système de charge non représenté. Pour ce faire, l'électrode 1 est reliée à la masse au moyen d'un conducteur 11 supportant un courant électrique élevé et l'électrode 2 est reliée à l'entrée E au moyen d'un 20 conducteur 21 supportant un courant électrique élevé. Chaque électrode 1 et 2 est de forme cylindrique avec une ouverture en son milieu. Dans chaque électrode, l'ouverture 12, 22 est un trou central traversant l'électrode selon l'axe de révolution. Les deux ouvertures 12, 22 sont alignées et présentent un diamètre sensiblement identique au diamètre d'un filament laser 8 généré 25 par un dispositif laser L. Ces électrodes peuvent être en acier inoxydable, en laiton, en cuivre ou en alliage métallique à haute température de fusion et par suite à faible taux d'érosion, par exemple un alliage Cuivre-Tungstène. Les matériaux constitutifs des électrodes 1 et 2 ne présentent pas d'aspérités ou d'angles vifs afin de prévenir les claquages électriques spontanés dans l'air 30 ou dans un autre gaz. En réponse à une consigne de décharge, le dispositif laser L génère un faisceau laser 6 qui traverse ensuite une optique de focalisation 7 de façon à créer un filament laser 8 selon le processus de filamentation. D'une façon générale, le processus de formation d'une région ionisée 35 de l'air supérieure à la distance de Rayleigh du faisceau laser est généralement décrit dans la littérature scientifique sous le vocable de filamentation femtoseconde. Une impulsion laser de haute puissance est capable d'ioniser les molécules de l'atmosphère. La technologie des lasers à impulsions brèves permet d'atteindre des puissances nécessaires pour l'ionisation de l'air avec des énergies par impulsion très modestes, bien inférieure au joule. Ces lasers présentent une durée de l'impulsion inférieure à une picoseconde, soit 10-12 seconde et peuvent atteindre une puissance instantanée supérieure à 10 GW, soit 10' watts. Des impulsions infrarouges de quelques millijoules d'énergie, focalisées dans l'air à l'aide d'une simple lentille sont suffisantes pour créer un plasma conducteur sur des distances de io plusieurs centimètres autour du foyer de la lentille. Les impulsions laser peuvent provenir d'un laser femtoseconde ayant comme milieu actif du saphir dopé au titane. Le processus physique entraînant une ionisation de l'air sur une grande longueur est bien identifié, il s'agit d'une compétition entre l'autofocalisation du faisceau laser et l'ionisation multiphotonique impliquant 15 l'absorption simultanée d'un grand nombre de photons infrarouge. Le filament ionisé, qui atteint facilement 20 cm et peut dépasser le mètre en longueur, peut être très fin, 100 à 200 dam de diamètre. La densité électronique du plasma créé peut être de 1016 el./cm3. Le filament laser assure une liaison continue entre les électrodes dans la mesure où le filament 20 passe près des deux électrodes. Lorsque le laser est puissant, le filament laser peut en fait être constitué de plusieurs filaments denses (un faisceau de filaments) à l'intérieur d'un plasma en forme de canal. Le filament laser 8 traverse d'abord l'électrode 2 via l'ouverture 22 en effleurant la surface interne de l'électrode 2 formant ladite ouverture 22. Puis 25 le filament 8 parcourt la distance inter-électrodes avant d'atteindre l'électrode 1 et la traverser via l'ouverture 12 en effleurant également la surface interne de l'électrode 1 formant cette ouverture 12. De ce fait les deux électrodes 1 et 2 entrent en contact avec le filament laser 8 qui permet de faire circuler un courant fort entre les deux électrodes. Lorsque le filament laser 8 n'est pas 30 présent, les deux électrodes présentent une différence de potentiel élevée, de l'ordre de plusieurs dizaines de kV. En d'autres termes, le plasma filamentaire formant le filament laser 8, créé par une lumière laser focalisée, présente une conductivité électrique suffisante pour amorcer le passage d'un courant électrique élevé entre les 35 électrodes 1 et 2 lorsque leur connexion préalable au circuit électrique extérieur C leur impose une différence de potentiel élevée. L'arc électrique 2978620 - 10 - amorcé le long du filament laser 8 entre les électrodes 1 et 2 peut se maintenir après la fin de l'impulsion laser lorsque le circuit C est connecté par les conducteurs 11 et 21. La nature et la forme de chacune des électrodes 1 et 2 leur permettent 5 de supporter le passage d'un courant de forte intensité, typiquement 1000 Ampères à plusieurs centaines de milliers d'Ampères. Le passage d'un courant élevé entre les électrodes 1 et 2 n'est pas limité par l'ensemble « électrodes et filament laser », mais par les caractéristiques de résistance, d'inductance et de capacité du circuit électrique extérieur C. Cet ensemble io « électrodes et filament laser » introduit une inductance supplémentaire faible ou négligeable devant celle du circuit C. Selon l'invention, les électrodes 1 et 2 sont maintenues solidaires par une pièce de maintien 3 (ou un empilement de pièces mobiles) en matériaux rigides et isolants électriques. La pièce de maintien permet de maintenir fixe 15 la distance entre les électrodes 1 et 2. On peut prévoir d'ajuster cette distance par un réglage mécanique d'un empilement de pièces constitutives de la pièce de maintien 3. La nature et la forme de la pièce de maintien 3 lui permettent de supporter une différence de potentiel élevée appliquée entre les électrodes 1 et 2, typiquement plus de 10000 Volts. 20 Le filament laser 8 est en forme de cylindre avec un axe de révolution A. Les électrodes peuvent être positionnées précisément et séparément par rapport à l'axe prédéfini A au moyen d'un positionneur 4 réglable sur au moins trois directions. Ce positionneur sert de support pour les électrodes 1 et 2. L'action conjointe de l'optique de focalisation 7 et du positionneur 4 25 assure la proximité du filament laser 8 et de chacune des électrodes 1 et 2. La pièce de maintien 3 définit une cavité contenant les deux électrodes 1 et 2 dans l'air atmosphérique ou dans un flux de gaz contrôlé. On prévoit une arrivée de gaz par le conduit 5 assurant un flux de gaz approprié (air sec, autre gaz sec comme azote, argon) en vue du rinçage de la zone inter- 30 électrodes. On prévoit également un capotage de protection du filament laser comprenant notamment un écran de blocage 9, par exemple une plaque métallique, pouvant supporter l'impact direct, lorsque le dispositif laser L est de très haute puissance. 35 Sur la figure 2, on voit une réalisation particulière des électrodes 1 et 2 dans laquelle la surface interne de chaque électrode est identique à une 11 surface interne d'un tore, c'est-à-dire arrondie. Ainsi, la surface de contact entre l'électrode et le filament laser est un cercle perpendiculaire à l'axe A. Sur les figures 4 et 5, les éléments jouant les mêmes rôles que sur les figures 1 à 3 sont identifiés de la même manière. La différence réside dans la disposition et la forme des électrodes 1 et 2 qui sont ici allongées le long du filament laser 8. La surface de contact n'est plus un cercle autour du filament laser 8, mais une ligne longitudinale le long du filament laser 8. Chaque électrode présente une forme arrondie du côté du contact avec le filament laser 8, et une forme plate du côté opposé au filament laser 8. Par io conséquent, la distance inter-électrodes est sensiblement identique au diamètre du filament laser 8. Le courant de forte intensité qui doit parcourir les électrodes traverse le filament laser perpendiculairement à l'axe A. En fait, il se crée plusieurs lignes de courant, tout le long de la ligne de contact de chaque électrode, ceci permettant de limiter l'inductance entre les deux 15 électrodes.

Sur la figure 6, on associe plusieurs éclateurs pour remplir une fonction au sein d'un circuit plus complexe, l'association de dispositifs voisins se faisant via des adaptations mécaniques isolantes 3ab, des positionneurs 4a et 20 4b et des circuits de liaison adaptés 12ab (par exemple un condensateur). On distingue deux groupes a et b de systèmes tels que représentés sur la figure 2 avec des circuits électriques extérieurs Ca et Cb placés en série le long de l'axe A pour exploiter la mise en conduction synchrone de chacun par le filament laser 8. Le groupe a comporte, identiquement au système de la 25 figure 2, deux électrodes la et 2a, une pièce de maintien 3a, le positionneur 4a et un conduit 5a. Le groupe b comporte, identiquement au système de la figure 2, deux électrodes lb et 2b, une pièce de maintien 3b, le positionneur 4b et un conduit 5b. Les conducteurs électriques 1la, 21a et llb, 21b respectivement permettent de relier chaque éclateur a, b à un circuit 30 électrique extérieur Ca, Cb. Par contre, on utilise un seul dispositif laser L pour générer un seul filament laser 8 sur une distance suffisamment grande pour atteindre les quatre électrodes alignées. Les distances entre deux groupes voisins le long de l'axe A sont suffisamment proportionnées pour qu'il n'y ait pas de déclenchement d'un arc 35 électrique intense entre eux mais seulement à l'intérieur de chacun des groupes, respectivement entre les électrodes la et 2a et entre lb et 2b. Le 12 faisceau laser issu de L peut déclencher plusieurs dispositifs similaires placés non-nécessairement sur le même axe A si le faisceau 6 est divisé en plusieurs sous-faisceaux conduisant chacun à la création d'un filament laser.

L'invention consiste à exploiter le canal filiforme de plasma créé lors de la focalisation d'un laser ultra bref et ultra intense pour court-circuiter un espace inter-électrodes gazeux fortement polarisé et ainsi assurer une mise en conduction rapide, précise dans le temps (sub nanoseconde) et capable de supporter un fort courant (dizaines de kilo ampères). io La grande longueur du filament laser permet d'associer plusieurs éclateurs à gaz et de les synchroniser très précisément. L'invention permet de concevoir des topologies nouvelles pour les associations d'éclateurs, par exemple dans les éclateurs de Marx.

15 Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (23)

1. REVENDICATIONS1. Système de commutation électrique à haute tension comprenant au moins : - deux électrodes distantes portées à une différence de potentiel, - un dispositif laser pour relier électriquement les deux électrodes de façon à amorcer un arc électrique, caractérisé en ce que le dispositif laser comprend un laser pulsé configuré pour générer, selon un processus dit de filamentation, un filament laser io reliant électriquement les deux électrodes.
2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux électrodes sont disposées l'une après l'autre le long du filament laser. 15
3. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une des électrodes comporte une ouverture la traversant de part et d'autre, le filament laser étant destiné à traverser ladite ouverture et atteindre l'autre électrode. 20
4. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux électrodes comportent chacune une ouverture ; les deux ouvertures étant colinéaires, le filament traverse les deux ouvertures. 25
5. 5. Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le laser pulsé est configuré de sorte que le diamètre du filament est inférieur ou égal au diamètre de l'ouverture.
6. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce 30 que les deux électrodes présentent chacune une forme cylindrique, l'ouverture étant réalisée selon l'axe de révolution du cylindre, cet axe étant colinéaire avec l'axe du filament.
7. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce 35 que l'ouverture est réalisée de sorte que l'une au moins des deux électrodes 15présente une forme autour de l'ouverture identique à la forme d'un tore ; le filament et cette électrode étant ainsi tangents le long d'un cercle.
8. 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux électrodes 5 sont disposées l'une en face de l'autre selon un axe perpendiculaire à l'axe du filament.
9. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le laser pulsé est configuré de sorte que le diamètre du filament est sensiblement égal à la 10 distance inter-électrodes.
10. 10. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'au moins l'une des électrodes présente un profil arrondi du côté du filament dans un plan comprenant l'axe du filament.
11. 11. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les deux électrodes présentent une forme allongée le long du filament.
12. 12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que lorsque le filament n'est pas bloqué par l'une des électrodes, un écran de blocage est disposé à travers et à l'extrémité distale du filament.
13. 13. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce qu'il comprend une pièce de maintien en matériau rigide et isolant électriquement, attachée aux deux électrodes pour maintenir fixe la distance inter électrodes.
14. 14. Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que la pièce de 30 maintien forme une cavité contenant les deux électrodes, cette cavité étant dotée d'un conduit d'introduction d'un gaz d'amorçage ou de rinçage inter électrodes.
15. 15. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 35 caractérisé en ce qu'il comprend un positionneur pour positionner les électrodes par rapport au filament. i0 30 - 15 -
16. 16. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux électrodes constituent un éclateur pour un circuit électrique extérieur, l'une des électrodes étant reliée à la masse de ce circuit électrique, l'autre électrode étant reliée à une borne positive de ce circuit électrique extérieur.
17. 17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que le circuit électrique extérieur est un générateur de Marx.
18. 18. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs paires d'électrodes disposées le long du filament. 15
19. 19. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en en ce que chaque électrode est constituée à partir d'un métal pur ou d'un alliage métallique.
20. 20. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en en ce que chaque électrode est constituée à partir d'un alliage de cuivre et de tungstène.
21. 21. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre du filament varie entre une fraction de 25 millimètre et quelques millimètres.
22. 22. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le laser pulsé délivre des impulsions ultracourtes de lumière infrarouge, visible ou ultraviolette à haute puissance.
23. 23. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur du filament laser est comprise entre quelques centimètres et un mètre.