BIRKELAND Kristian
Vie
Né le 13 décembre 1867 à Christiania (aujourd’hui Oslo),
Norvège.
Très tôt passionné par les sciences naturelles.
Étudie la physique et les mathématiques à l’Université de
Christiania, puis poursuit des recherches en Europe (Paris, Genève, Bonn).
Devient en 1898 professeur de physique à l’Université de Kristiania.
Travaux scientifiques majeurs
Théorie des aurores boréales
Birkeland est surtout connu pour avoir expliqué l’origine
des aurores polaires.
Il propose que
les aurores résultent de flux de particules chargées venant du Soleil, déviées
vers les régions polaires par le champ magnétique terrestre.
Pour étayer sa
théorie, il réalise ses célèbres expériences avec une "terrella"
:
une petite sphère aimantée dans une
chambre sous vide, bombardée par des électrons → production d’effets
lumineux semblables aux aurores.
Ses travaux
préfigurent la notion moderne de vent solaire et de magnétosphère.
Il est
aujourd’hui reconnu comme un pionnier de la géophysique spatiale.
Procédé Birkeland–Eyde
Avec l’ingénieur Sam Eyde, Birkeland invente au début du XXe siècle un procédé
industriel pour fixer l’azote atmosphérique :
Utilisation
d’arcs électriques à très haute température.
Transformation de l’azote de l’air en oxydes d’azote, puis en
nitrates.
Ce procédé
marque le début de l’industrie norvégienne des engrais azotés.
Ce procédé conduira à la fondation de la société Norsk
Hydro en 1905.
Autres contributions
Recherches sur la
pression magnétique, les rayons cathodiques et les plasmas.
Travaux sur les
canons électromagnétiques (précurseurs des railguns
(voir annexe).
Projets
avant-gardistes mêlant physique des plasmas et applications technologiques.
Fin de vie
Birkeland connaît la célébrité scientifique mais aussi des
difficultés financières liées à ses inventions.
Il meurt le 15
juin 1917 à Tokyo, probablement d’une intoxication accidentelle à des
médicaments.
En Norvège, il
figure aujourd’hui sur les anciens billets de 200 couronnes, en hommage à son
rapport aux aurores boréales.
Annexe
Principe d’un railgun :
Le railgun
est un canon électromagnétique qui utilise la force de Laplace pour propulser
un projectile conducteur à très grande vitesse grâce à un courant électrique
circulant dans deux rails parallèles :
Légende du schéma de principe
- Rails conducteurs (Rail n°1 et Rail n°2) :
deux barres métalliques parallèles reliées à une source de courant
continu.
- Source d’énergie :
généralement un banc de condensateurs ou une alimentation haute puissance
qui fournit une impulsion électrique massive.
- Projectile conducteur :
placé entre les rails, il ferme le circuit électrique et permet au courant
de circuler.
- Champ magnétique (B) :
généré par le courant circulant dans les rails.
- Force de Laplace (F) :
agit sur le projectile parcouru par le courant et le propulse le long des
rails.
- Direction du mouvement :
le projectile est accéléré vers l’avant, perpendiculairement au champ
magnétique et au courant.
Principe de fonctionnement
1. Fermeture
du circuit : le projectile conducteur relie les deux rails,
permettant au courant de circuler.
2. Création
du champ magnétique : le courant dans les rails génère un champ
magnétique autour d’eux.
3. Application
de la force de Laplace : le projectile, traversé par le courant et
plongé dans le champ magnétique, subit une force électromagnétique.
4. Accélération
du projectile : cette force le propulse à des vitesses
extrêmement élevées (plusieurs km/s).
Points clés
- Le railgun ne
nécessite pas de poudre ou d’explosif : l’énergie est purement
électrique.
- La vitesse atteinte par le projectile est
bien supérieure à celle des armes classiques.
- Les principaux défis techniques concernent
la puissance électrique nécessaire et l’usure rapide des rails
due aux courants intenses.