-
Partager cette page
Le générateur de Van de Graaff : quand l’électricité fait dresser les cheveux sur la tête !
Alexandre Haye - Centre de Culture Scientifique
Et si l’on pouvait voir l’électricité statique à l’œuvre ? Avec son imposante sphère métallique, le générateur de Van de Graaff transforme un phénomène invisible en une expérience spectaculaire : petites décharges, étincelles visibles et cheveux qui se dressent sur la tête ! Acquis par le Centre de Culture Scientifique pour ses activités pédagogiques, cet appareil permet d’explorer de manière concrète les propriétés de l’électricité statique.
Des charges électriques plein la tête !
Le principe repose sur une courroie qui se déplace en continu et transporte des charges électriques vers une grande sphère métallique. Les charges s’accumulent alors à la surface de celle-ci. Comme les charges de même signe se repoussent, elles cherchent à s’éloigner les unes des autres et se répartissent sur la surface du conducteur.
Lorsqu’une personne isolée du sol touche la sphère, des charges électriques se répartissent également sur son corps et ses cheveux. Chaque cheveu portant des charges de même signe que ses voisins, ils se repoussent mutuellement : les voilà qui se dressent ! Si l’on approche suffisamment un objet conducteur de la sphère, le champ électrique peut devenir assez intense pour ioniser l’air. Celui-ci devient alors momentanément conducteur et une décharge électrique peut se produire sous la forme d’une étincelle visible.
Une machine conçue pour explorer la structure de l’atome
Le générateur porte le nom du physicien américain Robert Jemison Van de Graaff (1901-1967). À la fin des années 1920, il s’intéresse à la production de très hautes tensions afin d’accélérer des particules et de contribuer aux recherches alors en plein développement sur le noyau atomique. Son premier modèle fonctionnel produit environ 80 000 volts. En 1933, Van de Graaff présente une machine de grande taille capable d’atteindre environ 7 millions de volts. Un brevet pour le générateur est accordé en 1935. Le principe sera notamment utilisé pour construire des accélérateurs de particules destinés à la recherche en physique nucléaire.
L’étincelle de la recherche
Des accélérateurs électrostatiques de type Van de Graaff sont encore utilisés dans de nombreux domaines de recherche. En physique nucléaire et atomique, ils permettent d’accélérer des particules et des ions et d’étudier leurs interactions avec la matière. Ils permettent également d’implanter des ions dans un matériau afin d’en modifier les propriétés, notamment dans les semi-conducteurs. En archéologie et en sciences du patrimoine, les faisceaux d’ions permettent d’analyser des œuvres et des objets anciens avec des techniques pouvant être non destructives, par exemple pour identifier les éléments chimiques présents dans des pigments ou des matériaux. En géologie et en sciences de l’environnement, ils servent notamment à étudier des échantillons minéraux et la composition des aérosols atmosphériques. Des installations utilisant ce type d’accélérateur sont également employées en biologie et en radiobiologie, pour tester la résistance de composants électroniques aux rayonnements, ou encore pour la recherche sur les matériaux destinés aux applications spatiales.
