Du radar de la Seconde Guerre mondiale au pop-corn à micro-ondes, le magnétron à cavité était là

Par Allison Marsh

Posé le 2018-10-31 20:00 GMT

Ce magnétron à cavité compact a donné aux Alliés un moyen de produire des micro-ondes de haute puissance pour le radar

Photo : Ingenium
Photo : Ingenium

À l’été 1940, la Seconde Guerre mondiale faisait rage en Europe occidentale depuis près d’un an. Pendant la bataille d’Angleterre, les avions allemands bombardent Londres et les centres industriels et bloquent les ports maritimes. Les États-Unis, quant à eux, tentaient toujours activement de rester en dehors de la guerre.

Dans ce contexte, le physicien Edward « Taffy » Bowen s’est rendu avec un groupe d’autres scientifiques et officiers militaires britanniques à Washington, D.C. Bowen s’était vu confier une boîte métallique noire qui contenait des secrets techniques liés à la R&D de l’Angleterre pendant la guerre. Le but du voyage, officiellement appelé Mission technique et scientifique britannique, était de partager ces secrets avec les États-Unis et le Canada, dans l’espoir qu’ils produisent des armes et d’autres équipements exploitables pour la guerre.

Parmi le contenu de la boîte se trouvait un appareil d’apparence curieuse : un disque avec des rainures autour de son bord et de minces tuyaux et fils s’étendant à partir de ses extrémités . Ce gadget de la taille d’une paume de main, appelé magnétron à cavité, produisait des micro-ondes de grande puissance, et il allait s’avérer être de loin l’élément le plus important de la boîte.

Cela dit, la boîte a connu un début de voyage malheureux. En route vers la gare de Londres, elle a été attachée sur le toit d’un taxi londonien. A la gare d’Euston, un porteur l’a enlevée avant que Bowen ne puisse s’y opposer. En montant à bord d’un bateau à Liverpool, Bowen était accompagné partout par un gentleman silencieux à l’allure militaire. La boîte, pendant ce temps, était sécurisée de sorte que ses secrets couleraient avec le navire si celui-ci était attaqué.

Comment le magnétron à cavité est arrivé dans la boîte en premier lieu est une histoire qui a commencé beaucoup plus tôt. Le mot « magnétron » – de « magnétique » et « électron » – est entré dans la langue anglaise en 1921, lorsque Albert W. Hull a publié ses recherches sur « L’effet d’un champ magnétique uniforme sur le mouvement des électrons entre des cylindres coaxiaux ». Hull, physicien et ingénieur électricien au laboratoire de recherche de General Electric à Schenectady, N.Y., essayait de contourner un brevet sur la triode détenu par Lee de Forest. Le magnétron à anode divisée de Hull a finalement été utilisé comme amplificateur dans les récepteurs radio et les oscillateurs. De nombreux chercheurs ont commencé à étudier et à expérimenter le dispositif.

Selon l’histoire de la technologie des micro-ondes de John H. Bryant , plus de 200 articles sur les magnétrons à anode fendue ont été publiés dans le monde entier avant 1940. Certains décrivaient comment utiliser l’invention de Hull ; d’autres suggéraient des moyens d’optimiser ce qui était essentiellement une conception inférieure.

En septembre 1939, John Randall et Henry Boot, physiciens à l’Université de Birmingham, en Angleterre, ont commencé à explorer une nouvelle direction dans la conception des magnétrons, sous la direction de Mark Oliphant. Ils se sont appuyés sur les travaux de l’ingénieur néerlandais Klaas Posthumus, qui avait clarifié le fonctionnement théorique du magnétron. Et ils avaient un problème très spécifique à résoudre : Avec les avions allemands qui terrorisaient l’Angleterre, toute amélioration des capacités radar du pays pouvait aider.

En plus d’être professeur de physique à Birmingham, Oliphant était membre du programme radar britannique classifié. Au début de la guerre, le pays disposait d’une chaîne de stations radar fonctionnant sur une longueur d’onde de 10 à 13 mètres et testait un radar aéroporté avec une longueur d’onde de 1,5 mètre. Oliphant plaide pour un radar fonctionnant dans la gamme des micro-ondes, avec une longueur d’onde de 10 cm ou moins et une puissance de crête de 1 kilowatt. Un tel système améliorerait la résolution des images radar, permettrait d’installer des équipements plus petits et plus légers dans les avions, et serait moins sensible aux interférences des échos du sol. Un meilleur magnétron était la clé.

En deux mois, Randall et Boot avaient une conception de base pour leur magnétron à cavité. Il se composait d’une pièce cylindrique de métal qui avait une cathode passant par un trou central. L’anode qui l’entoure comporte une série de trous symétriques, ou cavités, disposés en cercle autour du trou central. La section transversale ressemblait à la chambre d’un revolver Colt, qui se trouve avoir servi de modèle à certains des premiers prototypes de Randall et Boot.

Lorsqu’on alimentait la cathode et qu’un champ magnétique entourait le dispositif, l’oscillation de la charge électrique autour des cavités entraînait le rayonnement d’ondes électromagnétiques. Chaque cavité créait sa propre fréquence de résonance.

En février 1940, ils disposaient d’un prototype présentant une longueur d’onde de 9,8 cm à 400 watts. En avril, ils ont passé un contrat avec la General Electric Co. à Wembley, près de Londres, pour produire des spécimens plus robustes qui pourraient résister à des tests plus approfondis. La plupart des prototypes avaient 6 cavités, mais le 12e prototype en avait 8. C’est ce dernier, E1189, numéro de série 12, créé par E.C.S. Megaw chez General Electric, que Bowen emmena avec lui en Amérique du Nord.

La mission technique et scientifique britannique était dirigée par Sir Henry Tizard, qui était président du comité de recherche aéronautique de Grande-Bretagne et voyait les avantages évidents qui découleraient d’un système radar supérieur. Il savait que les chercheurs de Birmingham avaient fait des avancées significatives, mais il comprenait aussi que la Grande-Bretagne aurait des défis à relever en matière de production industrielle tout en menant la guerre.

Photo : Hulton Archive/Central Press/Getty Images
Diplomatie scientifique : Sir Henry Tizard dirige la mission technique et scientifique britannique, qui cherche à obtenir l’aide des États-Unis et du Canada pour la production industrielle de la R&D de l’Angleterre en temps de guerre.

Le gouvernement de Londres, quant à lui, doutait que les États-Unis puissent garder leurs secrets. Tizard devait d’abord persuader Winston Churchill de révéler la technologie aux Américains, puis il devait convaincre le Congrès américain de coopérer avec les Britanniques. Plusieurs semaines avant le départ de Bowen et du reste de la délégation, Tizard se rendit à Washington pour préparer le terrain.

La mission s’avéra facile à vendre aux scientifiques américains, qui furent stupéfaits par le magnétron à cavité. Il a fallu un peu plus de négociations avec les gouvernements américain et canadien pour fixer les conditions de recherche, de fabrication et de livraison. L’U.S. National Defense Research Committee passa un contrat avec les Laboratoires Bell Telephone pour reproduire 30 copies de l’appareil.

Le comité finança également la création du Radiation Laboratory, ou Rad Lab, au Massachusetts Institute of Technology, pour fournir aux forces alliées des radars à micro-ondes. Le laboratoire a fini par produire 150 systèmes radar distincts, qui allaient des unités légères et compactes pour les avions à l’énorme système d’alerte précoce par micro-ondes transporté dans cinq camions.

Image : World History Archive/Alamy
Radar sur roues : Le SCR-584 monté sur camion était l’un des systèmes radar basé sur le magnétron à cavité britannique et développé par le laboratoire de radiations du MIT.

Les Allemands ont appris que les Britanniques utilisaient le magnétron à cavité pour le radar en février 1943, lorsqu’ils ont examiné un bombardier abattu près de Rotterdam. Une charge explosive destinée à détruire l’ensemble radar avant qu’il ne tombe aux mains de l’ennemi n’a pas explosé.

Après la guerre, tous les secrets ont été mis de côté, et le magnétron à cavité a trouvé de nombreuses utilisations commerciales pacifiques. Non seulement il est devenu la norme pour les radars de l’aviation civile, mais il est aussi devenu le cœur de chaque four à micro-ondes. Grâce à ces efforts de guerre, nous pouvons tous déguster du pop-corn au micro-ondes.

L’un des défis de l’écriture de l’histoire d’une technologie développée à des fins militaires est que la recherche initiale a souvent été effectuée dans le secret. De telles connaissances circulent mal, surtout en temps de guerre. Il est donc fréquent que les personnes impliquées dans le processus de découverte croient avoir inventé quelque chose de nouveau alors qu’en fait la même chose avait déjà été inventée ailleurs. Ce problème est aggravé lorsque les vainqueurs écrivent la première version de l’histoire, et que la fierté nationale donne le ton à leur récit héroïque d’invention.

En me penchant sur l’histoire du magnétron à cavité, je suis tombé sur un passage souvent cité concernant l’importance de la mission Tizard, écrit par James Phinney Baxter III, l’historien officiel de l’Office de la recherche scientifique et du développement pendant la Seconde Guerre mondiale. Dans son livre lauréat du prix Pulitzer, Scientists Against Time (1946), Baxter a écrit que lorsque la mission a apporté le magnétron à cavité en Amérique en 1940, « ils ont transporté la cargaison la plus précieuse jamais apportée sur nos côtes. » Bowen a plus tard renforcé le récit de l’invention britannique et du développement américain du magnétron à cavité dans son livre de 1987, Radar Days.

Il ne fait aucun doute que Randall et Boot ont inventé le magnétron à cavité, mais j’ai également découvert des récits concurrents et des revendications de priorité qui rendent l’histoire plus complexe, nuancée et intéressante. Les articles de Paul Redhead et d’Yves Blanchard, Gaspare Galati et Piet van Genderen montrent qu’au cours des années 1920 et 1930, de nombreuses personnes dans le monde entier ont expérimenté différents modèles de magnétron, sans se contenter d’optimiser la version à anode divisée de Hull. En 2010, une conférence entière a été consacrée au sujet des origines du magnétron à cavité, avec des articles sur les contributions d’ingénieurs et de scientifiques tchèques, néerlandais, français, allemands, russes et ukrainiens.

Et donc, bien que Randall et Boot aient pensé que leur dispositif était le premier, plusieurs autres ont inventé indépendamment le magnétron à cavité. S’il y a eu un premier, c’est probablement Arthur L. Samuel des Laboratoires Bell Telephone. Il a déposé une demande de brevet américain pour un magnétron à quatre cavités en 1934. Malheureusement, sa conception n’était pas très pratique.

N.F. Alekseev et D.D. Malairov ont développé un magnétron multicavité réussi en 1937, mais ce travail n’était pas connu en dehors de l’Union soviétique avant 1940 . Au Japon, un programme de recherche conjoint de la Marine japonaise et de la Japan Radio Company a permis de mettre au point un magnétron à huit cavités en 1939. Mais le manque de matériaux a entravé sa fabrication.

Chacun de ces dispositifs est antérieur à l’invention de Boot et Randall, mais chacun d’eux était également accompagné d’une mise en garde qui l’a empêché d’être accepté. L’une des leçons fondamentales de la mission Tizard est que lorsque les connaissances scientifiques sont partagées, le développement peut avancer rapidement. Cette vidéo de 2015 montre le déballage d’un magnétron à cavité fabriqué par Sylvania, l’une des nombreuses entreprises qui ont fabriqué ces appareils pendant la Seconde Guerre mondiale :

Le magnétron à cavité illustré en haut est celui-là même que Bowen a apporté à Washington. Lorsque la délégation Tizard est retournée en Grande-Bretagne, elle a laissé le E1189 à des fonctionnaires du Conseil national de la recherche du Canada afin qu’il serve de modèle pour de futures recherches. Il y est resté jusqu’en 1969, date à laquelle il a été donné au Musée des sciences et de la technologie du Canada, à Ottawa.

Certains visiteurs du musée peuvent considérer le magnétron comme un exemple de la façon dont la technologie peut être enveloppée dans la diplomatie. Ceux qui s’intéressent à la science des magnétrons peuvent trouver la simplicité de l’appareil instructive. Pour moi, il démontre qu’un seul objet ne peut pas vraiment englober toute l’histoire complexe de sa propre invention. L’histoire est toujours beaucoup plus riche et plus profondément texturée qu’il n’y paraît à première vue.

Une version abrégée de cet article apparaît dans le numéro imprimé de novembre 2018 sous le titre « The Mighty Magnetron ».

Partie d’une série continue examinant les photographies d’artefacts historiques qui embrassent le potentiel illimité de la technologie.

À propos de l’auteur

Allison Marsh est professeur associé d’histoire à l’Université de Caroline du Sud et codirecteur de l’Institut Ann Johnson pour la science, la technologie &société de l’université.

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