Ambrose Fleming, inventeur de la valve à diode à oscillation ou du tube à vide qui, selon certains, est le fondateur de l’électronique
En 1904, Ambrose Fleming (1849-1945) invente la diode thermionique, un dispositif permettant au courant électrique de circuler dans un seul sens. L’invention a donné naissance à l’ère électronique moderne.
Fleming a également conçu les règles de la main couramment utilisées pour les moteurs électriques et les générateurs. Par ailleurs, chrétien fervent, Fleming a fondé un mouvement créationniste anti-évolution.
École à la maison de l’enfance, ingénieur amateur et photographe
John Ambrose Fleming est né le 29 novembre 1849 dans la petite ville de Lancaster, en Angleterre, au Royaume-Uni. Il était connu sous son deuxième prénom, Ambrose. Son père, James Fleming était pasteur dans l’Église congrégationaliste. Sa mère était Mary Ann Bazley. Ambrose était l’aîné de leurs sept enfants.
Quand Ambrose avait trois ans, la famille a déménagé à Londres. Il a été éduqué par sa mère jusqu’à l’âge de 10 ans, apprenant à lire assis sur ses genoux. Ambrose a appris à utiliser des outils mécaniques dans la cimenterie de son grand-père. À 11 ans, il construit des modèles réduits de machines à vapeur et de bateaux. Il a construit un appareil photo à partir d’une boîte à cigares, devenant un photographe qualifié, fabriquant ses propres plaques photographiques à partir de collodion et de nitrate d’argent. Il a développé ses propres photos en utilisant du cyanure de potassium.
Il a appris l’électricité et construit des batteries et des condensateurs. Il les utilisait pour donner de puissants chocs à tous les amis volontaires qui exprimaient des doutes sur la puissance de son équipement électrique fait maison.
Un garçon sourd excelle en mathématiques
Ambrose était sourd de naissance, une condition qui s’est aggravée avec l’âge. Cela ne l’a pas trop affecté jusqu’à ce qu’il ait atteint l’âge moyen.
À 12 ans, il entre à l’University College School. Il est arrivé dernier de sa classe en latin, mais en mathématiques, il a excellé. Il a décidé qu’il voulait devenir ingénieur. Pour ce faire, il devait payer des frais pour devenir apprenti, mais ne pouvait pas se le permettre. (Le même problème a empêché J.J Thomson de devenir ingénieur.)
Devenir scientifique
À 16 ans, Fleming s’inscrit au London’s University College, avec l’intention de devenir enseignant. Il a suivi des cours de mathématiques, de chimie et de physique expérimentale. Des problèmes d’argent l’ont forcé à se retirer au bout d’un an. Il a trouvé du travail dans le bureau d’un agent de change et a étudié à temps partiel à l’Université de Londres. En 1870, à 20 ans, il obtient un baccalauréat avec mention très bien.
Fleming a travaillé comme enseignant, économisant beaucoup. En 1872, à l’âge de 22 ans, il s’inscrit en tant qu’étudiant en chimie aux écoles de sciences de South Kensington – celles-ci deviendront plus tard l’Imperial College. Au laboratoire de physique, il regarda Frederick Guthrie démontrer le comportement asymétrique des métaux chauds chargés électriquement – c’était l’effet Edison, observé une décennie plus tard par Thomas Edison en 1882. Des années plus tard, en 1904, Fleming utiliserait ce comportement asymétrique pour inventer la diode et commencer l’ère électronique.
Faraday et Maxwell
En 1874, Fleming a commencé à travailler comme professeur de sciences au Cheltenham College. Il a également commencé à publier son propre travail – il a donné le premier article lors de la toute première réunion de la Physical Society of London en 1874. Il a étudié les travaux de Michael Faraday et, en 1875, a rendu compte de l’induction électromagnétique à la British Association for the Advancement of Science. . Il entame une correspondance avec James Clerk Maxwell (1831-1879), et décide d’étudier en détail l’œuvre de Maxwell.
En 1877, âgé de 27 ans, Fleming s’inscrit à l’Université de Cambridge, où il se bat pour comprendre les cours très difficiles de Maxwell sur l’électromagnétisme. Un seul autre étudiant a suivi le cours de Maxwell ! En 1879, l’Université de Londres décerna à Fleming un DSc pour sa thèse intitulée Electricity Treated Experimentally, et l’année suivante, Cambridge lui décerna un diplôme de première classe en chimie et physique.
Professeur
Fleming a travaillé comme chargé de cours à l’université jusqu’à ce qu’en 1882, il devienne consultant pour l’Edison Lighting Company à Londres. En 1885, il est nommé professeur de technologie électrique à l’University College de Londres, poste qu’il occupe pendant 42 ans.
Père de l’ère électronique
En 1899, tout en continuant à travailler comme professeur d’université, Fleming a commencé à travailler comme consultant pour la Marconi Wireless Telegraph Company. Il a cherché un meilleur moyen d’amplifier les ondes radio, qui avait été découvert par Heinrich Hertz en 1886.
Brevet de Fleming
Fleming a eu l’idée de la valve thermionique en octobre 1904 et l’a brevetée le mois suivant. En février 1905, il lit un article à la Royal Society sur son invention, intitulé Sur la conversion des oscillations électriques en courants continus au moyen d’une valve à vide.
Dans le cadre de son accord avec la société Marconi, Fleming a dû leur céder son brevet. Il y a eu un litige devant les tribunaux américains entre Marconi et Lee de Forest, qui a breveté une triode en 1908. La triode était une amélioration par rapport à la diode, car elle rendait possible l’amplification du signal en plus du redressement. Les tribunaux ont jugé que le brevet de Forest enfreignait la conception de la diode de Fleming, mais Marconi et de Forest sont parvenus à un accord permettant à chacun d’eux de commercialiser leurs produits. En 1943, la Cour suprême des États-Unis a déclaré le brevet Marconi invalide en raison d’une restriction ajoutée par la Marconi Corporation en 1915, limitant l’invention aux courants alternatifs à haute fréquence.
Règles de la main de Fleming
Tout en travaillant comme professeur, Fleming a conçu les règles de la main familières à tous les étudiants en physique.
L’effet Edison
En 1873, Frederick Guthrie a observé qu’un morceau de fer rouge chargé négativement perdait sa charge dans l’air ambiant. Lorsque le fer était chargé positivement, il conservait sa charge.
Une diode permet au courant électrique de circuler dans une seule direction, elle peut donc convertir le courant alternatif en courant continu.
Réalisations et points clés
En 1904, Ambrose Fleming a inventé et breveté un dispositif qu’il a appelé la vanne d’oscillation, également appelée diode thermionique. Aujourd’hui, aux États-Unis, l’appareil de Fleming est plus communément appelé tube ou tube à vide. Au Royaume-Uni, il est communément appelé valve ou valve thermionique.
La diode de Fleming faisait passer le courant électrique dans une seule direction dans un circuit et pouvait donc convertir l’électricité alternative en électricité continue. Dans ce mode de fonctionnement, il peut être décrit comme un redresseur de courant.
La diode de Fleming associée à un galvanomètre dans un circuit électrique accordé agit comme un détecteur redresseur d’ondes radio .
L’appareil de Fleming a marqué le début de l’ère de l’électronique.
Fleming a conçu la centrale électrique que Marconi a utilisée pour transmettre le premier message radio à travers l’Atlantique.
Les tubes à vide sont encore utilisés dans les amplificateurs de guitare électrique. De nombreux guitaristes préfèrent le son produit par les amplificateurs à lampes/lampes à ceux basés sur la technologie à semi-conducteurs.
Fleming a conçu la règle de la main gauche pour les moteurs et la règle de la main droite pour les générateurs pour aider lui-même et ses étudiants à se souvenir de la relation régissant les directions du courant électrique, du champ électrique et de la force.
La diode thermoionique
La diode de Fleming consistait en une ampoule en verre sous vide abritant deux électrodes.
La diode était connectée de sorte que la première électrode – un filament de fil – était chauffée à blanc par le courant électrique qui la traversait. Comme Guthrie l’avait observé, les électrons peuvent quitter le filament chaud, mais ne peuvent pas revenir, donc le courant ne peut circuler que dans une seule direction.
Une plaque métallique formait l’autre électrode séparée de la première électrode par un vide.
Les électrons traversent le vide, formant un courant électrique. Ils ne peuvent le faire que lorsque l’électrode chaude est chargée négativement. Lorsqu’il y a une tension alternative, le courant traverse la diode lorsque l’électrode chaude est négative et s’arrête lorsque l’électrode chaude devient positive.
La diode redresse le courant alternatif en le convertissant en courant continu.Honneurs
1910 : Médaille Hughes : « pour ses recherches en électricité et mesures électriques ».
1921 : Médaille Albert : « spécialement pour son invention originale de la valve thermionique, maintenant si largement utilisée dans la télégraphie sans fil et à d’autres fins. »
1928 : Médaille Faraday de l’Institution of Electrical Engineers.
1929 : fait chevalier pour ses services à la science et à l’industrie, devenant Sir Ambrose Fleming
1930 : Médaille Duddell de la Physical Society of London
1933 : Médaille d’honneur de l’Institut des ingénieurs radio
1935 : Médaille Franklin
En 1879 Thomas Edison découvre l’effet thermo-ionique, ce qui découlait de son ampoule à incandescence. En effet pour faire cette constatation il est nécessaire de disposer d’une électrode très chaude donc à l’abri de l’oxygène ce qui implique que cette électrode soit disposée dans une enveloppe dans laquelle le vide a été fait. Ces conditions sont réunies dans l’ampoule à incandescence Cette découverte a été fondamentale.
John Ambrose Fleming était un ingénieur électricien anglais qui a inventé et donné son nom à la valve (tube) thermonique à diode. Il s’agissait d’un tube à vide à deux électrodes dans lequel les électrons circulaient uniquement du filament vers l’anode. Ainsi, il agissait comme un redresseur dans un circuit, limitant le courant à circuler dans un seul sens (breveté en 1904). Dans le cas d’un courant alternatif, seules les moitiés positives des ondes passaient, ce qui permettait de redresser le courant alternatif en courant continu. Il était utilisé dans les circuits de l’industrie croissante des télécommunications, car il permettait d’extraire le signal intermittent du code Morse de son onde porteuse radio. On se souvient de son nom dans la « règle de la main gauche » de Fleming, un moyen mnémotechnique permettant de relier les directions du mouvement, du courant et du champ magnétique d’un moteur. »
https://www.electronics-notes.com/articles/history/pioneers/sir-john-ambrose-fleming.php
https://www.famousscientists.org/john-ambrose-fleming/