En analogie hydraulique, la propagation d'une onde de choc droite sera équivalente à celle d'une "vague déferlante". Comment allons-nous créer celle-ci ? Il suffit de mettre une faible hauteur d'eau dans la partie B et une hauteur d'eau plus importante dans la partie A. Dans le bassin d'expansion : rien, pas d'eau du tout. En coupe :
Tout est prêt pour l'essai. On enlève la cloison de l'écluse très rapidement. La masse d'eau colorée (par exemple avec de la fluorescéine) va faire irruption dans le canal, en aval. Nous obtiendrons ceci :
Qu'observe-t-on ? Le départ d'une vague déferlante, d'un front d'onde liquide, qui met l'eau incolore en mouvement. Mais le front d'onde se déplace plus vite que l'eau elle-même.
Vers l'aval, départ d'une onde de détente, mais plus "soft". Ca n'est pas une onde de choc.
Peu de temps après, la situation est la suivante :
L'onde de raréfaction atteint le fond de la "cuve. La distance entre l'eau claire "poussée", mise en vitesse, et l'interface s'est accrue. On dispose donc d'une rafale exploitable, où de l'eau propre a été mise en vitesse et donc la hauteur s'est accrue (analogue hydraulique de la pression dans un gaz). On pourra donc "travailler" sur cette rafale. Par la suite l'onde de raréfaction se réfléchit sur le fond de la cuve et tend rapidement à rattraper l'ensemble interface-front d'onde.
On voit que si on avait disposé en paroi une "fenêtre d'observation" on aurait vu passer, pendant le "temps de rafale" cette masse d'eau pure, mise en mouvement. L'ensemble peut se lire sur un "diagramme x , t " :
Nous avons ici l'image analogiquement fidèle du fonctionnement d'un "tube à choc". Il suffit de remplacer l'écluse par une "chambre haute pression". La cloison de l'écluse, manuvrée manuellement, sera un diaphragme en cuivre qui s'ouvrira lorsque la pression atteinte (on utilise une chambre à combustion) sera suffisante. Le canal d'essai devient un tube d'essai, de section constante, initialement empli d'argon à basse pression (13 mm de Mercure). Quand au bassin d'expansion, c'est une simple capacité de vide, de forme quelconque. La cloison de papier laissera place à une membrane de mylar, qui cédera lorsque l'onde de choc l'atteindra. Ci-après, l'allure schématique de l'installation :
Longueur de la chambre haute pression : un mètre quarante. Diamètre (le même que celui de la veine d'essai) : 5,6 cm. Longueur de la veine d'essai : 6 mètres. En bas la membrane de cuivre rouge, fragilisée à l'aide de stries, et la façon dont elle s'ouvre en formant quatre pétales, lassant le libre passage au gaz brûle. La chambre haute pression est emplie d'un mélange H2 + 1/2 O2 plus de l'hélium comme diluant. Le pot de détente est un simple bidon assez résistant pour qu'on puisse y faire le vide. L'installation est complétée par différentes pompes à vide, à palette, qu'on trouve aisément d'occasion et qui donnent un vide sous 10-2 mm de mercure (10-2 torr), ainsi que par des vannes étanches au vide. Ajouter une batterie de bouteilles fournissant l'hydrogène, l'oxygène, l'hélium, et bien entendu l'argon.
Le mélange gazeux combustible est mis à feu par un système de bougies connectées à une source de haute tension. Ce système étant générateur de parasites électromagnétiques, l'ensemble haute pression est enfermé dans une cage de Faraday (montants en bois et grillage de cuivre, maille 1 mm). Rustique, mais efficace. Les six mètres d'argon sous basse pression se retrouvent sous la forme d'une carotte de gaz comprimé (1 bar) et chaud (10.000°K) d'une vingtaine de centimètres de long. Celle-ci est immédiatement suivie par "les gaz brûlés", c'est à dire un mélange de vapeur d'eau et d'hélium.
Voilà pour la partie "soufflerie" à rafale chaude.
Dans la veine où seront opérées les mesures et effectuée l'expérience proprement dite (MHD) la section est carrée (5cm sur 5cm). On doit donc interposer une pièce, délicate à usiner, permettant de passer d'une section ronde à une section carrée :
Les "tuyères MHD" peuvent être réalisées en plexiglass (avec des parties collées) ou en plastique stratifié (solidité), en étant munie d'une fenêtre de bonne qualité optique. Bien que la température de l'argon soit élevée, celle-ci n'endommage pas les pièces de la tuyère, étant donné la brièveté de la rafale (quatre vingt millionièmes de seconde).
Pour créer un champ magnétique transversal on utilisera deux solénoïdes, disposés comme ci-après :
Dans le dessin suivant, on a enlevé un des solénoïdes pour montrer la disposition de la maquette (profil d'aile lenticulaire) :
Le volume de la tuyère MHD, encombrement compris, étant de l'ordre du litre, et le champ magnétique à créer devant atteindre 20.000 gauss (2 teslas) il faut faire passer dans les enroulements des solénoïdes un fort courant (50.000 ampères). Un tel courant tend à faire exploser ces solénoïdes, non pas à cause de l'effet Joule, mais simplement à caude des forces J x B qui sont à l'uvre dans les enroulements eux-mêmes. Il sera nécessaire de doter les enroulements de cuivre rouge d'une sorte de "corset", par exemple en fibre de verre noyée dans de l'araldite.
L'expérience proprement dite (l'interaction MHD) étant de brève durée, une solution économique, pour créer de tels ampérages, consiste à utiliser une batterie de condensateurs que l'on décharge dans cette self (décharge oscillante). Il suffit de synchroniser l'ensemble de telle manière que l'expérience (au moment du passage de la rafale d'argon chaud) se situe à un moment où le champ B est quasi stationnaire (période de la décharge : 5 millisecondes).
Dessin suivant : la soufflerie à onde de choc équipée pour des expériences de MHD, telle qu'elle se présentait dans mon laboratoire dans les années soixante-cinq.
Les condensateurs étaient chargés sous 5 kV. Une batterie de condensateurs plus modeste sert alors à alimenter les électrodes de la maquette d'essai.
Problème : comment commuter 50.000 ampères. Réponse : en utilisant un vieil ignitron de locomotive électrique (conçu pour commuter 2000 ampères, mais suffisamment costaux pour résister à des centaine d'essais avec une intensité 25 fois supérieure). L'ignitron est bien connu des spécialiste de l'électricité de puissance.