Magnétohydrodynamique

2.Les lois de la magnétohydrodynamique.

Comment agir à distance sur les fluides ?
Si dans un fluide on crée un champ magnétique B, et un courant électrique I, qui lui est perpendiculaire, alors le fluide subit une FORCE de LAPLACE d'intensité IB et dont la direction est donnée par la REGLE des 3 DOIGTS:

Grâce à cette propriété faisons une analyse de la condition pour agir sur le fluide:

2.1 Critère d'interaction.

-Le fluide a une certaine énergie cinétique. Pour modifier la vitesse du fluide avec des forces de Laplace, il faudra dépenser une énergie du même ordre de grandeur.
-Si l'énergie transmise par les forces de Laplace est supérieure à l'énergie cinétique du fluide on devrait pouvoir contrôler complètement l'écoulement.

2.2 Blocage.

Faisons déplacer un fluide entre deux rétrécissement et toujours avec une vitesse V supérieure à la vitesse des ondes de surfaces Vs.

Tant que le rétrécissement n'est pas trop accusé, on a des fronts d'ondes qui se croisent (Ci-dessus).

Mais, si on crée un rétrécissement assez marqué, ces fronts migrent vers l'amont en une onde frontale qui se stabilise à l'entrée du canal. Bien que le fluide puissent toujours s'écouler, on appelle ce phénomène un BLOCAGE.

 

Avec un champ magnétique vertical (crée avec un solénoïde par exemple) et des électrodes plaquées sur les paroies générant un champ électrique à la condition que le fluide conduit l'électricité, on réalise le même blocage que précédement !

2.3 Déblocage.

L'idée est d'inverser, soit le champ magnétique B vertical , soit le champ électrique E horizontal, si le produit IB est assez élevé, cette force de Laplace ACCELERATRICE fait disparaître les fronts d'ondes amont !
Si on augmente encore plus cette force de Laplace, on peut carrément sucer l'eau, au point d'abaisser le niveau amont et de créer une dépression!


La véritable nouveauté est là ! A vrai dire Jean-Pierre Petit et l'équipe qui travaillait avec lui ont imaginé cela en 1975-76, dans l'air atmosphérique.

2.4 Une petite expérience.

Je vous propose pour bien visualiser le phénomène une petite expérience triviale qui permet d'apprécier une petite application de magnétohydrodynamique directement chez-vous:

Avec un petit aimant permanent placé sous une bassine et une pile de poche, on peut mettre en évidence le pompage magnétohydrodynamique. Bien sûr, ce n'est pas une expérience top-niveau mais avec un liquide conducteur, par exemple de l'eau convenablement salée, ça marche.

Sur la figure ci-dessus on regarde le crayon à la verticale, on observe le champ électrique en rouge et le champ magnétique est perpendiculaire au plan de ce shéma, les lignes de champs de force sont vertes et quelques vecteurs forces représentatifs en noir indiquent le mouvement général du fluide "électrifié".

2.5 Le rendement MHD.

Si certain d'entre vous on fait l'expérience précédente, certains ont été déçus, d'autres non. Le rendement est plus ou moins bon selon la qualité du travail et matériels disponible.

Si il y a trop d'intensité électrique, on fait des bulles, notre énergie électrique sert à chauffer l'eau !

Prenons l'exemple d'une hélice de bateau, la rotation représente l'intensité électrique, et le calage des pales de l'hélice représente l'intensité du champ magnétique.

Avec un aimant permanent, tout ce qu'on peut espérer, c'est un rendement infime de quelques millionièmes (cf annexe C). Dans l'eau de mer, pour qu'un propulseur MHD commence à être intéressant il faudrait un champ magnétique deux cent cinquante fois plus fort. Au moins 20 à 25 Teslas. En plus si l'on applique une tension sur chaque flanc d'un hypothétique bateau ainsi équipés il faudrait une tension d'autant plus élevée que le bateau est grand, à dix mètres l'une de l'autre, chaque électrode du générateur électrique devrait débiter sous 10000 Volts! Dangereux de nager près de ce genre de bateau!

L'idéal serait d'opérer en basse tension (dangereux quand même!), étudions cela dans le paragraphe suivant.

 

2.6 L'accélérateur pariétal.

Dans le plan de jonction de deux aimants parallépipédique le champ magnétique y est pratiquement doublé, comme deux tuyaux d'arrosage se faisant face, l'eau est violemment expulsée sur la zone de contact. On va utiliser cette propriété en collant les uns à la suite des autres des aimants.

L'astuce consiste à diviser la paroi d'élément le plus petit possible, d'épaisseur d, tous les d centimètres le champ magnétique s'inverse, on y ajoute des électrodes avec des polarités alternées, en y appliquant la règle des trois doigts, au voisinage de la paroi jusqu'a une distance d, on a un champ de force toutes parallèles et de même sens.
Sur le schéma ci-dessous les électrodes sont rouges (-) et roses (+) et le champ électrique en jaune avec une flèche rouge.
Les flèches vertes représentent le sens du champ magnétique. Les flèches bleu-gris qui en résultent représente le champ de force.

Créer un champ magnétique demande de l'énergie . En agissant dans une couche de faible épaisseur, au voisinage de la paroi, on limite considérablement le volume à magnétiser, donc l'énergie à mettre en jeu, qui lui est proportionnelle.

Les aimants peuvent être remplacé par des bobinages et surtout par des matériaux supraconducteurs, pour un maximum d'efficacité.

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