Générateur de Marx

Le générateur de Marx est un type de circuit électrique destiné à produire une impulsion de haute tension. Il a été décrit pour la première fois par l'ingénieur allemand Erwin Marx en 1923. Largement utilisé pour simuler les effets de la foudre lors des tests d'équipements de haute tension et d'aviation, on en trouve une utilisation moins classique et particulièrement spectaculaire dans la Z machine des laboratoires Sandia, où 36 générateurs de Marx sont utilisés dans le processus de production des rayons X.

Principe de fonctionnement

La production de l'impulsion haute tension s'effectue en deux phases successives :

• Dans un premier temps, on charge en parallèle plusieurs condensateurs à une tension donnée V_C.

Phase de charge du générateur de Marx

• Dans un deuxième temps, on décharge en série tous les condensateurs par l'intermédiaire d'éclateurs (spark switches).

Phase de décharge du générateur de Marx

Dans une situation idéale, la tension produite est égale au produit de la tension de charge V_C par le nombre n de condensateurs (ou étages). Cependant, en raison des nombreuses contraintes pratiques, on obtient une tension de sortie inférieure à n*V_C. L'isolement des hautes tensions produites est accompli le plus souvent en immergeant le générateur de Marx dans de l'huile de transformateur ou dans un gaz électronégatif à haute pression comme l'hexafluorure de soufre.

Conditions de charge

Plus un condensateur est proche de l'alimentation de charge, plus sa charge sera rapide. Cependant, si on laisse la charge se dérouler pendant assez longtemps, tous les condensateurs finissent par atteindre la même tension.

Les résistances de charge R_C doivent être convenablement dimensionnées, à la fois pour la charge et pour la décharge. Ces résistances sont parfois remplacées par des inductances afin d'obtenir une meilleure efficacité et une charge plus rapide.

Conditions de décharge

Toujours dans une situation idéale, la fermeture du commutateur le plus proche de l'alimentation de charge entraîne l'application d'une tension de 2 V_C au deuxième commutateur. Ce commutateur se fermera à son tour, appliquant une tension de 3 V_C au troisième commutateur, et ainsi de suite, par un phénomène de cascade qui finit par produire une tension de n*V_C à la sortie du générateur.

Lorsqu'un minutage précis de génération de l'impulsion électrique n'est pas requis, on peut laisser le premier commutateur se déclencher spontanément lors de la charge. Les performances étant améliorées par la fermeture simultanée des commutateurs, on utilise le plus souvent un déclenchement commandé (trigger). Cependant, le délai entre les commutations peut être amélioré en dopant les électrodes avec des isotopes radioactifs comme le césium 137 ou le nickel 63, et en orientant les commutateurs à arc de telle sorte que la lumière ultraviolette provenant d'un commutateur amorcé illumine les commutateurs ouverts restants.

Divers procédés techniques permettent un déclenchement commandé, notamment :

• la réduction mécanique de l'intervalle entre les électrodes
• la transmission de l'impulsion d'un commutateur à l'autre par un réseau de résistances/condensateurs
• l'irradiation par un faisceau laser
• la réduction de la pression de l'air dans l'intervalle entre électrodes.

Voir aussi

Liens internes

• Hautes puissances pulsées

Liens externes

• (fr) Le générateur de Marx
• (en) Marx Generators

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