La tour de Tesla, également connue sous le nom de tour de Wardenclyffe (1901–1917), était une tour de transmission sans fil conçue par Nikola Tesla, située sur Long Island près de New York, et prévue pour la téléphonie et la diffusion sans fil transatlantique commerciales ainsi que pour démontrer la possibilité de transmission d'énergie sans fil.
Tesla imaginait également pour son système des applications similaires, dans leur principe, au télécopieur, à la géolocalisation, à la synchronisation d'horloges et à la radiodiffusion (qui n'existait pas encore à l'époque) de nouvelles et de musique.
La tour n'a jamais été totalement opérationnelle et a été démolie en 1917.
Histoire Historique de l'idée de transmission sans fil chez Tesla Le projet de la tour Wardenclyffe est l'aboutissement d'une longue démarche de réflexion et d'expérimentation de Tesla qui rêvait d'un système de distribution d'énergie électrique et d'information sans fil, qui pourrait couvrir le monde entier. <div style="width:600px"> Premières idées et expériences L'origine de ce projet remonte à l'idée de Tesla de transmission d'énergie électrique par un seul fil, sans circuit de retour, de 1891, brevetée en 1897Chapitre 12. Becoming unstuck : solving the puzzle of the return circuit. En effet, pour que l'énergie circule, il est nécessaire d'établir un circuit électrique qui doit se refermer sur lui-même et doit donc comprendre un circuit de retour et en général deux fils que l'on trouve dans nos cordons d'alimentation habituels. Le brevet de 1897 utilisait la terre comme circuit de retour, réduisant fortement les coûts de système de distribution d'énergie. Cette technique est fonctionnelle, et utilisée de nos jours sous la dénomination de (SWER).
Puis, pendant les années 1890, l'idée émerge progressivement dans l'esprit de Tesla que la terre pourrait être utilisée non pas en circuit de retour, mais pour transmettre l'énergie elle-même par conduction, sans aucun fil. Tesla développe l'idée que les courants terrestres pourraient être exploités et disciplinés par résonance : en déterminant la fréquence de résonance de la Terre, considérée comme un énorme conducteur plein et sphérique, il pourrait être possible, avec une dépense d'énergie minimale, de faire surgir des "vagues" d'énergie électrique en tout point de la Terre (voir #Transmission de l'énergie par la Terre). Il évoque cette possibilité en 1893 devant le Franklin Institute et la "On electrical resonance" : [...] .
Vers 1895, Tesla lance une série d'expériences pour tester les courants électriques terrestres. Tesla utilise une grande bobine en forme de cône, reliée à la terre à l'extrémité inférieure et laissée à l'air libre à l'extrémité supérieure. Il ajuste les paramètres de l'installation afin de produire un minimum d'émission d'ondes électromagnétiques, en maximisant son inductance et en minimisant sa capacitance, pour transmettre un maximum d'énergie par la terre. La bobine est excitée par un courant à haute fréquence. Tesla arrive ainsi à produire d'importantes décharges électriques à l'extrémité supérieure. Pour Tesla, ce phénomène est une preuve qu'il arrive à exploiter les courants électriques présents dans l'écorce terrestre.
Le problème du circuit de retour
Comment créer un circuit de retour également sans fil ? Alors que l'air est un isolant à pression normale, Tesla avait remarqué que l'électricité pouvait circuler dans du gaz raréfié présent dans un tube de Crookes. Tesla suppose alors que le circuit de retour pourrait passer par la haute atmosphère, avec des terminaux supportés par des ballons, ou des stations en haute montagne. En 1898, Tesla essaye dans ses laboratoires de Houston Street à New-York de faire circuler de l'électricité dans un tube de de long où il avait baissé la pression jusqu'à 120- (la pression à d'altitude). C'est un succès. Il découvre que la tension et la fréquence du courant alternatif doivent être très élevées pour assurer la conduction du courant dans ces conditions.
Ce succès le rend extrêmement confiant dans ses idées de transmission d'énergie sans fil et Tesla commence à rêver d'un système mondial de distribution d'énergie et d'information sans fil, et ce projet devient le sujet majeur de ses recherches et de sa créativité. Tesla communique abondamment dans la presse sur ce sujet et, alors que Marconi vient tout juste de réussir la première liaison transmanche par radio en 1899, il promet qu'il pourra bientôt joindre le monde entier, jusqu'à Manille ou Tokyo à partir de New-YorkNew York Journal, 30 avril 1899, "Tesla says...", non par des ondes hertziennes comme Marconi, mais par pure conduction d'électricité. Bien qu'ayant contribué de manière importante aux techniques permettant de générer et contrôler les ondes hertziennes, Tesla ne croyait pas dans l'efficacité de celles-ci pour communiquer de l'information, et encore moins pour transporter de l'énergie, et ne jurait que par la conduction.
Le brevet de 1897
En 1897 il dépose un brevet de transmission d'énergie sans fil (Brevet 645576)Ce brevet.. Le schéma ressemble à celui de la transmission à un seul fil, la transmission d'énergie se faisant par la haute atmosphère, mais le brevet évoque également la possibilité de transmission par la terreLe brevet évoque neuf possibilités de mettre en œuvre le système, la plupart par transmission d'énergie en haute atmosphère. La transmission par la terre est évoquée dans la première.. En 1932, dans une interview à John J. A. O'Neill, Tesla a déclaré qu'il avait envisagé les deux possibilités : transmission de l'électricité par la haute atmosphère et par la Terre, et qu'il avait abandonné la première possibilité "Cited Two Principles".
Le schéma ressemble à celui d'un émetteur d’ondes radioélectriques de l'époque, avec des antennes, à tel point que c'est ce brevet qui sera retenu en 1943 (peu de temps après la mort de Tesla) pour établir la priorité de Tesla par rapport à Marconi dans la découvertes des techniques de diffusion radiop. 68Marconi Wireless Tel. Co. v. United States 320 U.S. 1 (1943). Mais ce dispositif est "renversé", en cherchant au contraire à minimiser l'émission d'ondes hertziennes et maximiser les courants de terre : pour cela, Tesla maximise l'inductance du circuit et minimise sa capacitance. C'est cette configuration qui sera retenue pour les expériences de Colorado Springs et Wardenclyffe.
Colorado Springs
Mais Tesla a besoin de données complémentaires pour mettre au point ce système. Quelles tensions, fréquences, altitude sont réellement nécessaires pour des applications industrielles ? Comment se comporte la conduction terrestre et atmosphérique à grande échelle, et à des tensions encore plus grandes ? En quête de fonds, Tesla courtise l'homme d'affaires J.J. Astor qui est fasciné par la science et la technologie et écrit des nouvelles de science-fictionChapitre 12. Courting John Jacob Astor IV. À la suite d'une cour assidue, il finit par convaincre Astor de prendre la majorité des parts de la Nikola Tesla Company, ce qui lui assure (trois millions USD actuels) de fonds. Bien qu'Astor soit principalement intéressé par un nouveau système d'éclairage fondé sur des oscillateurs et un nouveau système d'ampoules, Tesla va utiliser ces fonds pour poursuivre ses recherches sur la transmission d'énergie sans fil.
Muni de ces fonds, Tesla installe un laboratoire à Colorado Springs où il travaille de mai 1899 à janvier 1900. Cette situation géographique lui paraît idéale car très à l'écart à cette époque des perturbations électriques omniprésentes à New-York. Comme il projetait de multiplier par 10 les tensions utilisées à New-York, il avait besoin d'un lieu isolé et discret. De plus, la présence proche de hautes montagnes (pic Pikes) lui permet des tests de conductivité à haute altitude et cette région est fréquemment parcourue par des orages et tempêtes, sources de puissantes perturbations électriques et électromagnétiques dont il peut étudier les effetsChapitre 13 Taking the Earth's pulse. Enfin, il réussit à négocier une alimentation en courant, gratuite pendant la nuit, en triphasé à 550 VPage 309.
Ondes stationnaires Pendant que son installation est en cours de construction, Tesla commence, fin juin 1899, des expériences sur la détection des courants telluriques et sur le potentiel électrique de la Terre. Il construit un détecteur sensible constitué d'un cohéreur, alimenté par un transformateur dont l'enroulement primaire est profondément implanté dans le sol. Muni de cet instrument, Tesla découvre que - selon ses termes - , et il s'absorbe profondément dans leur étude. Cette découverte est heureuse, car cela signifie, selon l'analogie du ballon, que celui-ci est en effet rempli de fluide, et le système de Tesla ne peut fonctionner que s'il existe un fluide à animer par résonance.
En étudiant l'effet d'orages et de la foudre, à l'aide de ce détecteur, il s'aperçoit que son détecteur est plus influencé par des orages lointains que par des orages proches. Comment cela peut-il être possible ? L'étude d'un puissant orage avec de très nombreux éclairs, le , confirme le phénomène et produit des observations complémentaires : alors que l'orage se déplace rapidement, et à vitesse constante, Tesla observe une montée et descente périodique du potentiel électrique de la Terre, toutes les demi-heures. Tesla en tire la conclusion qu'il observe des ondes stationnaires et que la Terre, malgré ses dimensions, se comporte comme un conducteur de taille limitée ce qui permet aux ondes de se réfléchir et de créer des ondes stationnaires. De plus, les ondes stationnaires ne peuvent pas se former s'il y a amortissement des ondes : la Terre se comporte donc - selon son interprétation - comme un excellent conducteur et lui donne la conviction qu'il sera en mesure d'atteindre les plus grandes portées.
Le Magnifying Transmitter
La station est un prototype d'un dispositif dénommé par Tesla « Magnifying Transmitter » (émetteur amplificateur), qu'il projette d'installer dans la tour de Wardenclyffe, dont Tesla conçoit déjà les plans à cette époque. Il s'agit pour l'essentiel d'une gigantesque bobine Tesla, mais conçue pour pouvoir relativement facilement changer certains paramètres comme sa capacitance (en élevant la boule au sommet du mât), ainsi que la tension ou la fréquence du courant généré.
L'engin est contenu dans une enceinte circulaire en bois de de diamètre et de haut. Le long de cette enceinte, deux enroulements d'un gros conducteur forment la bobine primaire de la bobine Tesla. Au centre de l'enceinte se trouve la bobine secondaire, constituée de 100 enroulements d'un conducteur plus fin. Cette bobine est reliée au sommet à la boule de cuivre et à la terre à l'autre extrémité. Un troisième enroulement (le "magnifier") pouvait être ajouté au dispositif. Cette bobine Tesla, la plus grande jamais fabriquée à l'époque, permet d'élever la tension du courant provenant du réseau de distribution de Colorado Springs, stocké dans d'énormes condensateurs de puissance, jusqu'à 50 millions de voltsChapitre 13 Running the Magnifying TransmitterChapitre 13 Relocating to Colorado Springs.
Transmission d'énergie
Fin juillet 1899 Tesla commence à tester la conduction du courant via le sol, en reliant la bobine secondaire du transmitter au sol. Il note des étincelles sur les paratonnerres de l'installation, branchés sur une autre masse que le transmitter, à chaque fois qu'il décharge celui-ci. Plus tard, il détecte des étincelles de à du laboratoire, et de à . Le il emmène un récepteur près d'un lac à du laboratoire où il mesure des perturbations et détermine que les ondes stationnaires générées par le transmitter ont une longueur d'onde de Chapitre 13 Tests and Witnesses.