La machine de Ramsden
par
Jean-Paul Bouchoux
ancien professeur de Sciences-Physiques
en CPGE
au Lycée Clemenceau
Genèse : la cave aux trésors
Quand Monsieur Pilet, proviseur du lycée Clemenceau, lança en 2007 un concours d’idées afin de fêter dignement le bicentenaire de l’établissement l’année suivante, il vint à l’esprit de quelques professeurs retraités de physique et chimie d’explorer la cave située sous l’intendance. Lors des opérations de rénovation lourde du lycée, de 1995 à 2002, cette cave n’avait pas été concernée (ou avait-elle été oubliée ?) et elle avait acquis une réputation sulfureuse à mi-chemin entre la « caverne d’Ali-Baba » et la « chambre de Barbe-Bleue ». On savait qu’on y avait entassé au cours des décennies beaucoup de matériel de physique obsolète, certains parlaient d’une machine à vapeur, de divers appareils électriques, mais surtout, le personnel du laboratoire qui y avait pénétré assurait que l’air y était devenu presque irrespirable à cause de l’humidité, de la poussière et des moisissures.
Avec une petite équipe de professeurs retraités de fraîche date (Catherine Genestoux, Michel L’Excellent, Jean-Louis Leblanc, Jean Trébern, Annick Trébern-Étienne, et moi-même) nous avions pris rendez-vous afin de tenter une « exploration » un peu approfondie de ladite cave. En septembre 2007 nous avons donc risqué notre nez (effectivement recouvert d’un masque rudimentaire dès la deuxième visite) dans un véritable capharnaüm qui devait se révéler une mine de trésors anciens oubliés.
C’est là que, parmi divers objets scientifiques des XIXe et XXe siècles, furent retrouvées plusieurs machines parfois méconnaissables.
Il y avait notamment un ensemble en bois de plus d’un mètre de haut, pourvu d’une manivelle et d’un reste de verre brisé : très vite, Michel L’Excellent s’est souvenu qu’il appartenait à une machine électrostatique peu commune, dont la roue en verre avait été cassée lors d’un déménagement dans les années 1970.
Quant aux deux grands tubes métalliques corrodés trouvés près d’une armoire métallique, on savait qu’ils devaient appartenir à une machine électrostatique, mais provenaient-ils de la même machine ? Cela valait la peine de faire quelques recherches.
Quelques clics sur Internet suffirent à nous persuader que nous tenions là des fragments importants d’une grande machine de Ramsden à deux conducteurs.
Une telle machine, inventée au XVIIIème siècle, était effectivement répertoriée dans un registre du matériel scientifique présent au lycée de Nantes en 1880, et probablement même dès 1861, bien qu’elle ne fût pas baptisée ainsi dans la liste d’époque.
Il restait à voir si on pouvait la reconstituer…
Résurrection de la machine de Ramsden
| Le problème N°1 était de retrouver si possible tous les éléments d’un puzzle à trois dimensions dont nous ne connaissions que trois pièces. |
Le site de l’École Polytechnique se révéla fécond grâce à une gravure très nette qui montrait les différents éléments de la machine.
Il fallait donc retrouver essentiellement les pieds en verre, la table de bois et les conducteurs métalliques transversaux, sachant qu’on devrait confectionner un nouveau disque de verre si on voulait reconstituer l’ensemble.
Dans un premier temps, on identifia la grande table de bois au milieu d’un vrai bric-à-brac, mais on ne mit pas la main sur les tiges de verre, même si deux coupelles de laiton pouvaient éventuellement ressembler aux supports inférieurs de ces pieds.
On finit par retrouver presque toutes les pièces manquantes, disséminées en divers endroits, à l’exception d’une tige de verre, de son chapeau en laiton et d’une chaînette métallique qu’on cherchera vainement par la suite.
Puis on commença à frotter les cuivres, à nettoyer le bois et le verre, à réparer les pieds de verre avec de l’Araldite…
Il fut alors décidé de commander un disque de verre percé d’un trou central et une tige de verre, permettant ainsi de remplacer les principales pièces manquantes.
Premiers essais de reconstitution
dans la salle des professeurs de physique-chimie :
on distingue un peu de verre brisé sur le moyeu
Une des difficultés fut d’estimer le diamètre extérieur du disque car rien ne permettait d’en être sûr tant qu’on n’avait pas reconstitué le tout (nous n’avions pas encore exhumé la table de bois). On opta pour 80 cm, ce qui allait se révéler après coup, légèrement trop grand et allait nous conduire à changer un peu l’écartement des pieds sur la table. Par contre, le trou central, qui nous inquiétait un peu plus, se trouva parfaitement dimensionné au moment de bloquer la roue sur le moyeu.
L’autre problème fut le diamètre des pieds de verre qui ne correspondait plus à aucun diamètre standard des tiges sur le marché actuel et on dut se résoudre à commander une tige de la bonne longueur certes, mais de diamètre un peu plus petit que l’original (30 mm au lieu de 32).
Par ailleurs, Eric L’Excellent, fils de Michel, se chargea de fabriquer chez lui sur un mini tour, à partir d’un bloc métallique, le chapeau de laiton manquant à l’un des pieds. Il y passa quelques dizaines d’heures et le résultat fut absolument remarquable.
A part les sources sur Internet, nous avions la chance de posséder un exemplaire de l’édition de 1891 du « Dictionnaire d’électricité et de magnétisme» de Julien Lefèvre, ancien professeur de sciences physiques du lycée de Nantes de 1880 à 1904. L’article concernant la machine de Ramsden est remarquable et nous a permis de comprendre exactement son fonctionnement. Il est reconstitué ci-dessous avec la gravure d’époque.
Extraits de l’article que consacre Julien Lefèvre aux machines électrostatiques
dans son « Dictionnaire d’électricité et de magnétisme » (édition de 1891)
Machines à frottement.
Ces machines sont les plus anciennes. La plus connue est celle de Ramsden, qui est encore employée.
Dans cette machine (fig 586) l’électricité est développée par le frottement d’un plateau de verre P contre des coussins de cuir K, entre lesquels il tourne. Ces coussins sont enduits, pour augmenter le rendement, d’une substance métallique, or mussif (bisulfure d’étain) ou amalgame de zinc, et doivent communiquer avec le sol à l’aide d’une chaîne.
Le frottement produit des charges égales et contraires d’électricité positive sur le plateau et d’électricité négative sur les coussins : cette dernière s’écoule dans le sol. Le plateau électrisé, continuant à tourner, passe dans des pièces métalliques en forme d’U, garnies de pointes à l’intérieur, et portées par deux conducteurs cylindriques isolés, réunis par un troisième cylindre plus petit. Il agit par influence sur ces conducteurs, et, grâce aux pointes métalliques, le verre est ramené à l’état neutre et le conducteur isolé se charge positivement.
Les secteurs en taffetas G, qui entourent deux des quadrants du plateau, empêchent celui-ci de perdre sa charge par le contact de l’air avant d’agir sur les conducteurs.
Nous n’avons retrouvé ni les secteurs de taffetas, ni la chaînette mais les coussins frotteurs en cuir sont d’origine et le résultat final est une vraie réussite : une machine d’environ 1,50 m de haut, où laiton, verre et acajou resplendissent ; lors de l’exposition (qui dura deux semaines en septembre 2008), nous avons pu en tirer de nombreuses étincelles dont ont « profité » les visiteurs chaque fois que le temps était suffisamment sec.
N.B : Jesse Ramsden (1735-1800) fut mathématicien, opticien et fabricant anglais renommé d’instruments scientifiques. D’abord apprenti tailleur dès l’âge de 16 ans, il fut engagé en 1756 comme apprenti chez un fabricant d’instruments scientifiques. Il montra alors des dispositions étonnantes comme concepteur dans des domaines très divers (mathématiques, astronomie, instruments de navigation). Il finira par se spécialiser surtout en optique, fabriquant des lentilles achromatiques, préconisant le développement des télescopes à miroirs, inventant et perfectionnant le sextant et le théodolite…
Au passage, il aura mis au point une magnifique machine électrostatique.
Il est intéressant de noter qu’une telle machine trône dans le hall de la célèbre Université M.I.T. à Cambridge dans le Massachusetts (U.S.A.) : elle a la même taille que la nôtre et, si le support de la manivelle est plus ouvragé, elle n’est pas beaucoup plus belle…
La machine de Ramsden du lycée Clemenceau se trouve actuellement dans le bureau de madame la Proviseure.
Jean-Paul BOUCHOUX