L’invention de Nikola Tesla, centenaire, fonctionne mieux que quiconque ne le pensait et pourrait avoir un potentiel inexploité
Nikola Tesla est passé du statut de génie méconnu à celui de héros populaire et d’inventeur auquel les ingénieurs modernes veulent être associés.
Pourtant, ses idées étaient si diverses que beaucoup ne sont pas bien connues, notamment ce qu’il appelait un « conduit valvulaire ». Une étude de ce dispositif permettant d’utiliser les vibrations pour pomper du carburant ou d’autres fluides a révélé qu’il avait un potentiel inexploité 101 ans après son brevetage.
De même que des ardillons angulaires permettent à un objet solide de se déplacer dans un sens, mais empêchent de l’enlever, le dispositif désormais connu sous le nom de vanne Tesla utilise une série de boucles pour laisser le fluide s’écouler dans un sens tout en empêchant le contre-courant. Ne comportant aucune pièce mobile, les vannes Tesla sont beaucoup plus résistantes que les clapets anti-retour standard. La conception originale a inspiré de nombreuses imitations, des efforts d’amélioration et des vidéos Youtube expliquant son fonctionnement, mais il semble que ceux-ci n’aient pas saisi toute la portée de ce brevet apparemment simple.
« Il est remarquable que cette invention vieille de 100 ans ne soit toujours pas complètement comprise et qu’elle puisse être utile dans les technologies modernes d’une manière qui n’a pas encore été envisagée », a déclaré le Dr Leif Ristorph de l’université de New York dans un communiqué.
Leif Ristorph a mené une série d’expériences sur un prototype construit pour ressembler le plus possible à la conception originale de Tesla, en essayant de faire passer des liquides dans les deux sens, à différentes vitesses et viscosités. Dans Nature Communications, Ristorph et ses coauteurs indiquent qu’à faible débit, les fluides traversent la valve avec la même facilité dans les deux sens. Toutefois, au-delà d’une certaine vitesse, l’écoulement inverse est presque impossible, tandis que les débits peuvent être beaucoup plus élevés dans le sens direct si la pression est bonne.
Écoulement à travers une vanne Tesla vers l’avant à basse (a) et haute (b) vitesse, et écoulement inverse à basse (c) et haute (d) vitesse. Crédit image : Nguyen et al./Nature Communications
« De manière cruciale, cette mise en marche s’accompagne de la génération d’écoulements turbulents en sens inverse, qui “bouchent” le tuyau avec des tourbillons et des courants perturbateurs », explique Ristroph. « De plus, la turbulence apparaît à des vitesses d’écoulement bien plus faibles que celles qui ont été observées auparavant pour des tuyaux de formes plus standard – jusqu’à 20 fois moins que la turbulence classique dans un tuyau ou un tube cylindrique. »
De nombreuses technologies fonctionnent bien dans des environnements à débit constant, mais échouent face à des forces oscillantes, ce qui explique en partie pourquoi tant d’idées innovantes pour récolter l’énergie éolienne ou houlomotrice échouent dans le monde réel. La vanne Tesla est l’inverse, elle fonctionne mieux lorsque le fluide qui y pénètre est pulsé, convertissant des entrées variables en une sortie stable.
« Nous pensons que c’est ce que Tesla avait en tête pour ce dispositif, puisqu’il pensait à des opérations analogues avec des courants électriques », explique M. Ristroph. « En fait, il est surtout connu pour avoir inventé le moteur à courant alternatif ainsi qu’un convertisseur courant alternatif/courant continu. »
À faible vitesse, les fluides peuvent circuler dans la valve en sens inverse, mais l’impédance devient très élevée avec un écoulement plus rapide. Crédit image : Nguyen et al/Nature Communications
La physique des fluides fonctionne très différemment pour les petits volumes et les viscosités élevées, tels qu’ils sont utilisés dans les équipements de diagnostic, par rapport aux mouvements plus rapides que Tesla cherchait à faciliter. Les auteurs pensent que cela pourrait expliquer en partie pourquoi le potentiel de la valve est passé inaperçu pendant si longtemps.
Ironiquement, la validation de la valve par Ristroph pourrait survenir au moment même où certaines des utilisations qu’il entrevoit pour elle déclinent, déplacées par la société qui porte le nom de son inventeur. Ristorph pense que la valve pourrait : « Exploiter les vibrations des moteurs et des machines pour pomper du carburant, du liquide de refroidissement, du lubrifiant ou d’autres gaz et liquides. » Il ne fait aucun doute que de telles possibilités existeront toujours, mais les applications les plus répandues de moteurs fonctionnant au carburant étant sur le point d’être remplacées par des moteurs électriques, la valve a peut-être manqué son moment optimal.
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Source : IFLScience – Traduit par Anguille sous roche
