Heinrich Daniel Ruhmkorff

Heinrich Daniel Ruhmkorff est un ingénieur allemand souvent cité dans ce site, car il inventa la bobine d'induction, élément essentiel qui améliora la performance des téléphones.

Ruhmkorff est né à Hanovre en électorat de Brunswick-Lunebourg le 15 janvier 1803. Il effectua une partie de sa carrière à Paris et Londres.
Après un apprentissage en mécanique, il travailla en Angleterre avec Joseph Bramah, l'inventeur de la presse hydraulique. Il travaille ensuite à Paris, notamment dans la maison de l'ingénieur-opticien Chevalier.
En 1855, il inaugure sa première boutique, à Paris, devenue très connue pour sa production d'appareils électriques de haute qualité.
C'est là qu'il a construit plusieurs modèles améliorés de sa bobine d'induction en collaboration avec Antoine Masson ou Hippolyte Fizeau.

Heinrich Ruhmkorff inventa la bobine d'induction qui porte son nom et qui pouvait produire une étincelle allant jusqu'à 30 centimètres de long.
Cette bobine, initialement prévue pour des usages médicaux, a été utilisée comme générateur de courant à haute tension par des physiciens comme Gustav Kirchhoff ou Heinrich Rudolf Hertz pour ses expériences sur les ondes qui portent son nom ou encore par Édouard Branly pour découvrir les radioconducteurs utilisés ultérieurement par Oliver Lodge pour créer le cohéreur lui-même utilisé par Guglielmo Marconi dans ses récepteurs radio.

Jules Verne mentionne plusieurs fois des « appareils de Ruhmkorff » — lampes électriques étanches, fonctionnant sur le principe du néon — dans De la Terre à la Lune, Vingt mille lieues sous les mers et Voyage au centre de la Terre.

ll decéde le 20 décembre 1877 à Paris et est enterré au cimetière du Montparnasse (20e).
La rue Ruhmkorff dans le 17e arrondissement de Paris (75017) porte son nom.
Il est passé à la postérité pour son générateur électrique à haute tension, utilisé comme émetteur à étincelles dans les débuts de la télégraphie sans fil.

Le principe de la bobine de Ruhmkorff est celui d'un transformateur élévateur de tension constitué d'un enroulement primaire P et d'un enroulement secondaire S. Le primaire est constitué de quelques dizaines de spires de fil de cuivre isolé d'un diamètre assez gros (de l'ordre du millimètre) tandis que le secondaire est constitué de plusieurs dizaines voire centaines de milliers de tours de fil très fin (quelques centièmes de mm). Les deux enroulements sont bobinés autour d'un noyau magnétique N constitué de fils de fer doux réunis en faisceau. Le fait de diviser le noyau permet de limiter les pertes fer par courant de Foucault. Les spires de l'enroulement secondaire doivent être soigneusement isolées entre elles pour éviter le claquage de l'enroulement par surtension suivi de la destruction de l'isolation des spires et formation d'un court-circuit. Si l'enroulement primaire P est parcouru par un courant variable (un courant continu produit par un accumulateur et commandé par un interrupteur Int), la variation de champ magnétique induit dans l'enroulement secondaire S une tension dont la valeur est proportionnelle au rapport du nombre de spires de S par le nombre de spires de P. Ce rapport de transformation est très grand pour la bobine de Ruhmkorff, ce qui permet d'obtenir des tensions de plusieurs kilovolts. C'est à la coupure du courant (ouverture du circuit primaire) que la tension induite est la plus élevée et produit une étincelle entre les bornes sphériques de l'éclateur Ec. La formation de l'étincelle se traduit par la formation dans le circuit d'une série d'oscillations électriques amorties dont la période fut calculée en 1853 par William Thomson. Cette décharge oscillatoire s'accompagne de l'émission d'ondes électromagnétiques amorties qui furent étudiées par Hertz en 1887.

Bien qu'une véritable bobine de Ruhmkorff serve initialement à produire de très hautes tensions (étincelles), son principe d'induction a été miniaturisé sous forme de bobine d'induction locale (AUSSI appelée "bobine locale") dans les premiers circuits téléphoniques.
Elle permettait d''isoler le circuit du microphone (basse tension) du reste de la ligne, d'élever la tension des signaux vocaux pour qu'ils puissent voyager sur de très longues distances sans trop s'atténuer.

Du Moncel (Vicomte Th.) publiait en 1867 'Notice sur l'appareil d'induction électrique de Ruhmkorff', Paris, Gauthier-Villars,

Dès l'année 1873, M. Elisha Gray avait, comme on l'a vu, transformé les courants voltaïques qu'il employait pour faire vibrer les lames de son transmetteur, en courants induits, par l'intermédiaire d'une bobine d'induction analogue à celle de Ruhmkorff. Les courants voltaïques traversaient alors l'hélice primaire de la bobine, et c'étaient les courants induits qui réagissaient sur l'appareil récepteur en déterminant sur les systèmes électro-magnétiques qui le composaient les vibrations provoquées au poste de transmission.

Elisha Reis utilisait une bobine de Ruhmkorff (ou une bobine d'induction similaire) enroulée autour d'une aiguille à tricoter en acier. Les variations du courant électrique modifiaient le champ magnétique, provoquant l'allongement et la rétraction de l'aiguille par magnétostriction, ce qui restituait le son à l'autre bout du fil. Le rôle d'une bobine d'induction dans le téléphone classique.
...

Vu dans le premier ouvrage Français de Du Moncel en 1878 sur le Téléphone :
Quand on faisait passer le courant intermittent de la bobine de Ruhmkorff à travers le bras d'une personne, on pouvait, en y appliquant l'oreille, entendre un son qui semblait provenir des muscles de l'avant-bras et du biceps.
Du reste, des sons musicaux très-nets se font entendre quand on fait fonctionner l'interrupteur du circuit primaire de l'appareil de Ruhmkorff, et s'il y a deux interrupteurs, on obtient deux sons différents, ce qui montre que ces sons proviennent de l'étincelle.
Voici encore une expérience très-intéressante, faite par le professeur Blake avec un téléphone dont le barreau aimanté était remplacé par une tige de fer doux de six pieds de longueur. Ce téléphone étant réuni électriquement à un téléphone ordinaire du modèle de la fig. 17, reproduisait très-bien les sons émis dans ce dernier; mais leur intensité variait suivant la direction que l'on donnait à la tige de fer, et le maximum correspondait à la position de la tige dans le méridien magnétique.
Quand on interpose un téléphone dans un circuit télégraphique, on entend des bruits d'un caractère très-particulier dont l'origine me paraît encore assez complexe et souvent obscure. Il en est pourtant qui doivent provenir de l'induction exercée par les fils voisins et des dérivations de courant qui se produisent toujours à travers les supports des fils, car les signaux télégraphiques échangés à travers ces fils voisins sont parfaitement perçus dans le téléphone. Certains bruits résultent aussi des courants terrestres, des vibrations du fil sous l'influence des courants d'air et même des frictions produites par des joints défectueux. La sensibilité du téléphone est, du reste, telle que les bruits résultant des transmissions télégraphiques voisines peuvent être perçus quand on substitue au fil télégraphique du téléphone un rail de chemin de fer, et alors même que les fils télégraphiques les plus voisins de ce rail sont éloignés de quarante pieds. D'un autre côté, M. Peirce a reconnu que des sons peuvent être produits dans un téléphone, quand le fil télégraphique auquel cet appareil est réuni est impressionné par une aurore boréale. Quelquefois aussi, des airs chantés ou joués sur un instrument de musique se sont trouvés transmis par le téléphone sans qu'on ait pu savoir leur provenance; mais ce qui montre le plus la merveilleuse sensibilité de cet appareil, c'est la possibilité qu'il donne de reproduire la parole à travers des corps que l'on pourrait croire à peu près non conducteurs. Ainsi la communication à la terre d'un circuit téléphonique peut être faite par l'intermédiaire du corps humain malgré l'interposition des bas et des chaussures; et elle peut même être effectuée si, au lieu d'être sur le sol, on est placé sur un mur en briques. Il n'y a que la pierre de taille et le bois qui constituent un obstacle assez grand pour couper la communication; mais il suffit que le pied touche le terrain avoisinant, soit même une touffe de gazon, pour qu'aussitôt les effets électriques manifestent leur présence.
D'après ces résultats, une question toute naturelle pouvait se poser à l'esprit: quelle est la longueur maxima de circuit à laquelle les transmissions téléphoniques peuvent atteindre ?... Mais il est difficile d'y répondre en raison des conditions différentes dans lesquelles peut être placée l'expérience. Dans les essais de laboratoire on est parvenu à échanger sans difficulté des correspondances sur des circuits de 60,000 ohms de résistance, soit 6000 kilomètres de fil télégraphique, et je suis parvenu à transmettre sur un circuit dans lequel étaient interposées 16 personnes se tenant par la main, lequel circuit avait une résistance d'environ 6400 kilomètres. Toutefois la plus grande longueur de circuit télégraphique sur laquelle j'ai pu obtenir une transmission nette de la parole, n'a pas dépassé 250 milles. Dans cette expérience, aucune difficulté ne survint, tant que les lignes télégraphiques voisines n'étaient pas en activité; mais aussitôt que les correspondances s'échangèrent à travers ces lignes, les sons vocaux, quoique encore perceptibles, étaient bien diminués d'intensité, et l'on aurait cru entendre une conversation échangée au milieu d'un orage. On a pu également transmettre la parole à travers les câbles sous-marins, et M. Preece m'informe que des résultats satisfaisants ont été obtenus à travers un câble de 60 milles de longueur, immergé entre Dartmouth et l'île de Guernesey, et cela avec des téléphones à main du modèle ordinaire
...
Dans le but d'accroître les variations de l'intensité électrique dans le système d'Edison, nous faisons passer le courant dans le circuit inducteur d'une petite bobine de Ruhmkorff, et nous adaptons le téléphone récepteur aux extrémités du fil induit. Le courant reçu a alors pour intensité la dérivée de celle du courant inducteur, et par suite, les variations produites dans le courant actionnant le téléphone ont beaucoup plus d'amplitude. L'intensité des sons transmis est fortement augmentée, et la valeur de cette augmentation dépend du rapport entre les nombres des tours de spires des circuits inducteurs et induits. Les essais que nous faisons pour déterminer les meilleures proportions sont pénibles, puisqu'il faut faire autant de bobines que d'expériences; jusqu'ici nous avons obtenu d'excellents résultats avec une petite bobine de Ruhmkorff réduite à sa plus simple expression, c'est-à-dire sans condensateur ni interrupteur.
...

Edison dans ses recherches sur le téléphone note :
... Je suis rapidement devenu propriétaire d'une bobine d'induction Ruhmkorff d'occasion, qui, bien que ne produisant qu'une petite étincelle, tordait les bras et saisissait les mains d'un homme, l'empêchant de lâcher l'appareil. Un jour, nous sommes descendus à la rotonde du chemin de fer de Cincinnati et d'Indianapolis et avons relié le long réservoir de lavage de la pièce à la bobine, une électrode étant reliée à la terre. Au-dessus de ce local se trouvait un toit plat. Nous avons percé un trou dans le toit et avons pu voir les hommes entrer. Le premier homme, en entrant, a trempé ses mains dans l'eau. Le sol étant mouillé, il a formé un circuit, et ses mains ont remonté. Il a réessayé, avec le même résultat. Il s'est alors adossé au mur, l'air perplexe. Nous avons supposé qu'il attendait quelqu'un d'autre. Ce qui se produisit peu après, avec le même résultat. Puis ils sortirent, et la salle fut bientôt bondée, avec une effervescence considérable. Diverses théories furent avancées pour expliquer ce curieux phénomène. Nous avons pris un immense plaisir à ce sport. Il faut se rappeler que c'était il y a plus de quarante ans, à une époque où l'enseignement de l'électricité n'existait pas encore et où les possibilités de plaisanteries étaient rares. Aujourd'hui, parmi une telle foule de travailleurs, il y aurait forcément au moins un étudiant d'une école du soir ou d'un cours par correspondance qui expliquerait le mystère sans détour.
...

Les autres usages :

Il existe plusieurs types d’interrupteurs. Le trembleur, l’interrupteur à mercure motorisé ou à bascule (de Foucault nom de son inventeur), l’interrupteur électrolytique (ou de Wenhelt nom de son inventeur), il y a aussi les turbines à mercure, comme les modèles de Gaiffe utilisés pour la radiologie médicale.

Le trembleur Pour produire des étincelles en permanence, il a suffi à Ruhmkorff de découper le courant circulant dans l'enroulement primaire à l'aide d'un trembleur, un système interrupteur mis au point par l'Allemand Christian Ernst Neef. Le principe est le même que celui de la sonnette électro-magnétique : - premier temps : le courant fourni par l'accumulateur accu passe par le contact c et traverse la bobine P. - deuxième temps : un champ magnétique se forme dans le noyau qui se comporte alors comme un aimant et attire la palette magnétique m fixée à l'extrémité d'une lame-ressort r fixée au point o. - troisième temps : la lame ressort s'écarte du contact C et la circulation du courant dans le primaire s'interrompt brutalement. L'étincelle de l'extra-courant de rupture est absorbée par le condensateur cond. Le champ magnétique dans le noyau disparaît. quatrième temps : la palette m n'est plus attirée par le noyau, la lame-ressort r revient en contact avec c, le courant peut passer à nouveau. Le temps séparant deux coupures du circuit est appelé période de découpage. Il dépend de nombreux paramètres (attraction du noyau, raideur du ressort…) et peut être ajusté à l'aide de la vis de réglage V. Il est de l'ordre de la milliseconde, ce qui correspond à une fréquence de découpage de 1000 hertz. L'ajout du condensateur aux bornes du contact C a été proposé en 1853 par Hippolyte Fizeau. Les principes décrits ici sont ceux utilisés par la bobine d'allumage d'un moteur à allumage commandé pour produire l'étincelle au niveau des bougies d'allumage.

Émetteur radiotélégraphique à bobine de Ruhmkorff En 1902, depuis le phare du Stiff, Camille Tissot procède à des essais de la station Ouessant TSF avec un récepteur radio à cohéreur et un émetteur à bobine de Ruhmkorff à deux boules. Cette station à une portée radiotélégraphique de quatre-vingts kilomètres avec une flotte de 14 navires en mer et avec Brest. Principe : Une variation de champ magnétique induit dans l'enroulement secondaire une tension dont la valeur est proportionnelle au rapport du nombre de spires. Ce qui permet d'obtenir une tension de plusieurs kilovolts qui produit une étincelle entre les bornes sphériques de l'éclateur b et b'. La formation de l'étincelle se traduit par la formation d’oscillations électriques dans le circuit capacité l et l' suivie d’une bobine T, et on constate que ce circuit résonateur « TL » est le siège d’oscillations électriques amorties. Les oscillations électriques sont transférées par les bornes t et t' à une antenne radioélectrique qui permet d'émettre l'onde radio électromagnétique.