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Dans Nous avons vu comment la première génération d'ordinateurs numériques a été construite sur la base de la première génération d'interrupteurs électriques automatiques – les relais électromagnétiques. Mais au moment où ces ordinateurs ont été créés, un autre interrupteur numérique attendait déjà de faire son apparition en coulisse. Le relais était un dispositif électromagnétique (utilisant l'électricité pour contrôler un interrupteur mécanique), tandis qu'une nouvelle classe d'interrupteurs numériques était électronique – basée sur les nouvelles connaissances sur l'électron, qui sont apparues au début du XXe siècle. Cette science désignait que le transporteur de l'énergie électrique n'était ni le courant, ni l'onde, ni le champ – mais une particule solide.
Le dispositif qui a engendré l'ère de l'électronique, fondée sur cette nouvelle physique, est connu sous le nom de « lampe électronique » [aux États-Unis, c'est un vacuum tube ou « tube à vide »]. Dans l'histoire de sa création, deux personnes sont impliquées : l'anglais et l'américain . En réalité, l'origine de l'électronique est plus complexe, elle se tisse à partir de nombreux fils, traversant l'Europe et l'Atlantique, et remonte dans le temps jusqu'aux premières expériences avec les condensateurs de Leyde au milieu du XVIIIe siècle.
Cependant, dans le cadre de notre exposé, il sera pratique d'aborder cette histoire (sans jeu de mots !) en commençant par Thomas Edison. Dans les années 1880, Edison a fait une découverte intéressante en travaillant sur l'éclairage électrique – cette découverte prépare la scène pour notre histoire. C'est de là que découle le développement ultérieur des lampes électroniques, nécessaires pour deux systèmes technologiques : une nouvelle forme de transmission sans fil de messages et des réseaux téléphoniques en constante expansion.
Prologue : Edison
Edison est généralement considéré comme l'inventeur de l'ampoule électrique. Cela lui attribue à la fois trop et pas assez d'honneur. Trop, car ce n'est pas lui seul qui a inventé l'ampoule lumineuse. En plus de la multitude d'inventeurs qui l'ont précédé, dont les créations n'ont pas atteint une application commerciale, on peut mentionner Joseph Swan et Charles Stearns de Grande-Bretagne ainsi que l'américain William Sawyer, qui ont commercialisé des ampoules en même temps qu'Edison. [L'invention revient également à l'inventeur russe . Lodyguine a été le premier à comprendre qu'il fallait extraire l'air d'une ampoule en verre, et il a ensuite proposé de fabriquer le filament non pas en charbon ou en fibres carbonisées, mais en tungstène réfractaire / note du trad.]. Toutes les lampes étaient constituées d'une ampoule en verre scellée, à l'intérieur de laquelle se trouvait un filament résistif. Lorsqu'elle était connectée au circuit, la chaleur générée par la résistance du filament au courant la faisait briller. L'air avait été extrait de l'ampoule pour éviter que le filament ne s'enflamme. La lumière électrique était déjà connue dans les grandes villes sous la forme de , utilisées pour l'éclairage des grands lieux publics. Tous ces inventeurs cherchaient à diminuer la quantité de lumière en prenant une petite particule brillante de l'arc enflammé, suffisamment petite pour être utilisée dans les maisons en remplacement des lampes à gaz, et à rendre la source de lumière plus sûre, plus propre et plus lumineuse.
Ce qu'Edison a réellement fait - ou plus précisément, ce que son laboratoire industriel a créé - ce n'est pas simplement un source de lumière. Ils ont construit tout un système électrique pour éclairer les maisons : générateurs, fils pour transmettre le courant, transformateurs, etc. De tout cela, l'ampoule n'était que le composant le plus évident et visible. La présence du nom d'Edison dans ses entreprises produisant de l'électricité n'était pas un simple hommage à un grand inventeur, comme dans le cas de la Bell Telephone. Edison s'est révélé être non seulement un inventeur, mais aussi un architecte systémique. Son laboratoire a continué à travailler sur l'amélioration des différents composants de l'éclairage électrique même après leur succès précoce.
Un exemplaire des premières lampes d'Edison
Au cours de recherches vers 1883, Edison (ou peut-être l'un de ses collaborateurs) décida d'intégrer, à l'intérieur d'une ampoule lumineuse, une plaque métallique en plus du filament. Les raisons de cette démarche ne sont pas claires. Peut-être était-ce une tentative d'éliminer l'obscurcissement de l'ampoule – l'intérieur du verre de la douille accumulait au fil du temps une mystérieuse substance sombre. L'ingénieur espérait vraisemblablement que ces particules noires seraient attirées par la plaque sous tension. À sa grande surprise, il découvrit que lorsque la plaque était connectée au circuit avec l'extrémité positive du filament, l'intensité du courant traversant le filament était directement proportionnelle à l'intensité de sa luminescence. En reliant la plaque à l'extrémité négative du filament, aucun effet similaire ne se faisait constater.
Edison conclut que cet effet, plus tard appelé l'effet Edison ou , pouvait être utilisé pour mesurer ou même contrôler "la force électromotrice", ou la tension, dans un système électrique. Par habitude, il déposa une demande de brevet pour cet "indicateur électrique", puis retourna à des tâches plus importantes.
Sans fils
Voyageons 20 ans dans le futur, en 1904. À cette époque, en Angleterre, John Ambrose Fleming travaillait pour la Marconi Company à l'amélioration d'un récepteur de radiofréquences.
Il est important de comprendre ce qu'était et ce qu'elle n'était pas la radio à l'époque, tant en termes d'outil que de pratique. À l'époque, la radio n'était même pas appelée "radio", mais "sans fil". Le terme "radio" ne devint prédominant que dans les années 1910. Il s'agissait spécifiquement du télégraphe sans fil – un système de transmission de signaux sous forme de points et de traits de l'expéditeur au destinataire. Son utilisation principale était la communication entre les navires et les services portuaires, ce qui intéressait les administrations maritimes du monde entier.
Certains inventeurs de l'époque, en particulier, , ils ont expérimenté l’idée du téléphone radio – la transmission de messages vocaux par voie aérienne sous forme d’ondes continues. Cependant, la diffusion au sens moderne du terme n’est apparue que 15 ans plus tard : la transmission de nouvelles, d’histoires, de musique et d’autres programmes destinés à un large public. Avant cela, la nature omnidirectionnelle des signaux radio était considérée comme un problème à résoudre, plutôt que comme une caractéristique à exploiter.
Le matériel radio de l’époque était bien adapté pour travailler avec le code Morse, mais peu pour autre chose. Les émetteurs produisaient des ondes Hertz en envoyant une étincelle à travers une rupture dans le circuit. Par conséquent, le signal était accompagné d’un grésillement statique.
Les récepteurs reconnaissaient ce signal grâce à un cohéreur : des filings métalliques dans un tube en verre, agglomérés sous l’effet des ondes radio en une masse continue, fermant ainsi le circuit. Ensuite, il fallait taper sur le verre pour que les filings se désagrègent et que le récepteur soit prêt pour le prochain signal – au début, cela se faisait manuellement, mais des dispositifs automatiques sont rapidement apparus pour cela.
En 1905, les , également connus sous le nom de « moustache de chat ». Il s'est avéré qu'en touchant simplement un certain cristal avec un fil, comme le silicium, la pyrite de fer ou le , on pouvait capter un signal radio dans l’air. Les récepteurs obtenus étaient bon marché, compacts et accessibles à tous. Ils ont stimulé le développement de l’amateurisme radio, en particulier chez les jeunes. L’afflux soudain d’utilisateurs dans l’espace radio résultant de cela a entraîné des problèmes en raison du partage de l’onde radio entre tous les utilisateurs. Des conversations innocentes d’amateurs pouvaient croiser par accident des communications de la marine marchande, et certains farceurs parvenaient même à envoyer de faux ordres et des appels à l’aide. L’État devait inévitablement intervenir. Comme l’a écrit lui-même Ambrose Fleming, l’émergence des détecteurs à cristal
Cela a immédiatement entraîné un pic de télégraphie sans fil irresponsable en raison des frasques d'innombrables amateurs d'électricité et d'étudiants, ce qui a nécessité une intervention stricte des autorités nationales et internationales pour maintenir les événements dans des limites raisonnables et sécurisées.
Des propriétés électriques inhabituelles de ces cristaux donneront naissance à une troisième génération d'interrupteurs numériques, succédant aux relais et aux lampes – des interrupteurs dominants dans notre monde. Mais chaque chose en son temps. Nous avons décrit la scène, revenons maintenant à l'acteur qui vient juste d'apparaître sous les projecteurs : Ambrose Fleming, Angleterre, 1904.
Soupape
En 1904, Fleming était professeur d'ingénierie électrique à l'University College de Londres et consultant pour la Marconi Company. À l'origine, la société l'avait engagé pour une expertise sur la construction d'une centrale électrique, mais il s'est ensuite consacré à l'amélioration du récepteur.
Fleming en 1890
Tout le monde savait que le cohéreur était un mauvais récepteur en termes de sensibilité, et le détecteur magnétique développé chez Marconi n'était pas particulièrement meilleur. Pour en trouver un remplaçant, Fleming décida d'abord de construire un circuit sensible pour détecter les ondes de Hertz. Un tel dispositif, même s'il ne devenait pas un détecteur à part entière, serait utile pour de futures recherches.
Pour cela, il devait imaginer un moyen de mesurer en permanence la force du courant généré par les ondes entrantes, au lieu d'utiliser un cohéreur discret (qui ne montrait que des états allumés – lorsque les copeaux s'agglutinaient, ou éteints). Mais les appareils connus pour mesurer la force du courant – les galvanomètres – nécessitaient un courant constant, c'est-à-dire unidirectionnel. Le courant alternatif, induit par les ondes radio, changeait de direction si rapidement qu'aucune mesure ne serait réalisable.
Fleming se souvint qu'il avait quelques objets intéressants dans son placard : les lampes indicatrices d'Edison. Dans les années 1880, il était consultant pour la Compagnie d'éclairage électrique d'Edison à Londres et travaillait sur le problème du noircissement des lampes. À cette époque, il avait reçu plusieurs copies de l'indicateur, peut-être de William Prise, l'ingénieur électricien en chef du service postal britannique, qui venait de rentrer d'une exposition électrique à Philadelphie. À l'époque, en dehors des États-Unis, le contrôle du télégraphe et du téléphone était une pratique courante pour les services postaux, ce qui en faisait des centres d'expertise électrotechnique.
Plus tard, dans les années 1890, Fleming étudia lui-même l'effet Edison en utilisant les lampes fournies par Prise. Il montra que l'effet résidait dans le fait que le courant ne circulait que dans un sens : un potentiel électrique négatif pouvait circuler de la filament chaud vers l'électrode froide, mais pas dans l'autre sens. Ce n'est qu'en 1904, lorsqu'il fut confronté à la tâche de détecter les ondes radio, qu'il comprit que ce fait pouvait être utilisé pratiquement. L'indicateur d'Edison ne permettait à des impulsions de courant alternatif dirigées que de traverser la rupture entre le filament et la plaque, ce qui donnerait un flux constant et unidirectionnel.
Fleming prit une des lampes, la connecta en série avec un galvanomètre et alluma le transmetteur à étincelles. Voilà – le miroir se tourna et le faisceau lumineux se déplaça sur l'échelle. Ça a fonctionné. Il pouvait mesurer avec précision le signal radio entrant.
Prototypes de la valve de Fleming. L'anode est située au centre de la boucle de filament (cathode chaude).
Fleming appela son invention « valve », car elle laissait passer l'électricité dans une seule direction. Pour parler en termes électrotechniques plus généraux, c'était un redresseur – un moyen de convertir le courant alternatif en courant continu. On l'appela ensuite diode, car elle comportait deux électrodes : une cathode chaude (filament) émettant de l'électricité et une anode froide (plaque) la recevant. Fleming apporta plusieurs améliorations au design, mais en essence, le dispositif ne différait pas de la lampe indicatrice fabriquée par Edison. Son passage à une nouvelle qualité résulta d'un changement de mentalité – un phénomène que nous avons déjà observé à plusieurs reprises. Le changement s'est produit dans le monde des idées dans l'esprit de Fleming, et non dans le monde des choses en dehors de celui-ci.
Le tube Fleming, en soi, était utile. C'était le meilleur dispositif de mesure des signaux radio sur le terrain, et un bon détecteur à lui seul. Mais il n'a pas révolutionné le monde. La croissance explosive de l'électronique n'a commencé qu'après que Lee de Forest a ajouté une troisième électrode et a transformé le tube en relais.
Écoute
Lee de Forest avait une éducation peu conventionnelle pour un étudiant de Yale. Son père, le révérend Henry de Forest, était un vétéran de la guerre civile de New York, pasteur , et croyait fermement qu'en tant que prédicateur, il devait répandre la lumière divine de la connaissance et de la justice. Suivant l'appel du devoir, il a accepté l'invitation à devenir président du Talladega College en Alabama. Le collège avait été fondé après la guerre civile par l'Association missionnaire américaine, basée à New York. Il était destiné à l'éducation et à l'encadrement des populations afro-américaines locales. Là, Lee se sentait pris entre le marteau et l'enclume – les Noirs locaux l'humiliaient pour sa naïveté et sa lâcheté, tandis que les Blancs locaux le faisaient pour être .
Et pourtant, en tant que jeune homme, de Forest a développé une ferme confiance en lui. Il a découvert un penchant pour la mécanique et les inventions - son modèle réduit de locomotive est devenu une merveille locale. Encore adolescent, en étudiant à Talladega, il a décidé de consacrer sa vie aux inventions. Puis, en tant que jeune adulte vivant à New Haven, le fils du pasteur a abandonné ses dernières convictions religieuses. Elles avaient progressivement disparu à cause de son intérêt pour le darwinisme, puis elles ont été balayées comme par un vent après la mort prématurée de son père. Cependant, le sentiment d'avoir un destin n'a jamais quitté de Forest - il se considérait comme un génie et aspirait à devenir le deuxième Nikola Tesla, un magicien riche, célèbre et énigmatique de l'ère électrique. Ses camarades de Yale le considéraient comme un vaniteux bourreau de travail. On pourrait dire qu'il était peut-être la personne la moins populaire de tous ceux rencontrés dans notre histoire.
de Forest, vers 1900
Après avoir terminé ses études à l'Université de Yale en 1899, de Forest a choisi de se consacrer à l'art en plein essor de la transmission de signaux sans fil comme chemin vers la richesse et la célébrité. Au cours des décennies suivantes, il a emprunté cette voie avec une grande détermination et assurance, sans aucune hésitation. Tout a commencé par un partenariat entre de Forest et son associé Ed Smite à Chicago. Smite a maintenu leur entreprise à flot grâce à des paiements réguliers, et ensemble, ils ont développé leur propre détecteur d'ondes radio, composé de deux plaques métalliques collées, que de Forest appelait « pâte » [goo]. Mais de Forest ne pouvait attendre longtemps pour voir les récompenses de son génie. Il s'est séparé de Smite et s'est associé à un financier douteux de New York nommé Abraham White [ironiquement ayant changé son nom de naissance, Schwartz, pour cacher ses affaires louches. White/White – (anglais) blanc, Schwartz/Schwarz – (allemand) noir / note du traducteur.], ouvrant la De Forest Wireless Telegraph Company.
L'activité de l'entreprise était secondaire pour nos deux héros. White exploitait l'ignorance des gens pour remplir ses poches. Il a extorqué des millions d'investisseurs qui luttaient désespérément pour ne pas rater le supposé essor de la radio. De Forest, grâce aux fonds considérables fournis par ces "pros", s'est concentré sur la démonstration de son génie à travers le développement d'un nouveau système américain de transmission d'informations sans fil (en contraste avec le système européen développé par Marconi et d'autres).
Malheureusement pour le système américain, le détecteur de de Forest ne fonctionnait pas particulièrement bien. Pendant un certain temps, il a résolu ce problème en empruntant le design breveté de Reginald Fessenden pour un détecteur appelé « barretteur liquide » – deux fils en platine plongés dans une petite cuve d'acide sulfurique. Fessenden a intenté un procès pour violation de brevet – et il était clairement en bonne voie pour gagner ce litige. De Forest ne pouvait se résoudre à ne pas concevoir un nouveau détecteur qui lui appartiendrait exclusivement. À l'automne 1906, il a annoncé la création d'un tel détecteur. Lors de deux réunions distinctes à l'Institut Américain d'Électricité, de Forest a décrit son nouveau détecteur sans fil, qu'il a nommé « Audion ». Mais son véritable origine soulève des doutes.
Pendant un certain temps, les tentatives de de Forest pour construire un nouveau détecteur ont tourné autour du passage du courant à travers une flamme. , qui, selon lui, pourrait être un conducteur asymétrique. L'idée ne semble pas avoir été un succès. À un moment donné en 1905, il a entendu parler de la valve de Fleming. De Forest s'est convaincu que cette valve et son dispositif basé sur le brûleur ne différaient, en principe, en rien – si l'on remplaçait le fil chaud par une flamme et qu'on la recouvrait d'un globe en verre pour limiter le gaz, ce serait la même valve. Il a développé une série de brevets qui répétaient l'histoire des inventions précédant la valve de Fleming à l'aide de détecteurs à flamme gazeuse. Il semblait vouloir revendiquer la priorité de l'invention en contournant le brevet de Fleming, puisque les travaux avec le brûleur Bunsen avaient précédé ceux de Fleming (ils dataient de 1900).
Il est impossible de dire s'il s'agissait d'un auto-illusion ou d'une fraude, mais le résultat fut le brevet de de Forest en août 1906 pour un "récipient en verre évacué contenant deux électrodes séparées, entre lesquelles existe un milieu gazeux, qui, lorsqu'il est suffisamment chauffé, devient conducteur et forme un élément sensible". L'équipement et le fonctionnement de l'appareil appartiennent à Fleming, tandis que l'explication de son fonctionnement revient à de Forest. Ce dernier a finalement perdu le litige sur le brevet, bien que cela ait pris dix ans.
Le lecteur impatient peut déjà se demander pourquoi nous passons tant de temps sur cet homme dont le génie autoproclamé consistait à revendiquer les idées des autres comme siennes. La raison réside dans les transformations que l'Audion a subies au cours des quelques mois de 1906.
À ce moment-là, de Forest n'avait pas d'emploi. White et ses partenaires ont échappé à la responsabilité concernant la plainte de Fessenden en créant une nouvelle société, United Wireless, et en lui prêtant les actifs de American De Forest pour la somme de 1 $. De Forest a été chassé avec 1000 $ d'indemnités et plusieurs brevets inutiles en main, y compris le brevet sur l'Audion. Habitué à un style de vie extravagant, il a été confronté à de graves difficultés financières et a désespérément essayé de transformer l'Audion en un grand succès.
Pour comprendre ce qui s'est passé ensuite, il est important de savoir que de Forest croyait avoir inventé le relais – par contraste avec le redresseur de Fleming. Il a fabriqué son Audion en connectant une batterie à une plaque froide du tube, pensant que le signal dans le schéma de l'antenne (connectée au filament chaud) modulait un courant plus fort dans le circuit de la batterie. Il avait tort : il ne s'agissait pas de deux circuits, la batterie déplaçait simplement le signal de l'antenne, sans l'amplifier.
Mais cette erreur est devenue critique, car elle a conduit de Forest à expérimenter un troisième électrode dans le tube, qui devait encore davantage disjoindre les deux circuits de ce « relais ». Au début, il ajoutait un deuxième électrode froid à côté du premier, mais ensuite, peut-être sous l'influence des mécanismes de contrôle utilisés par les physiciens pour rediriger les faisceaux dans des dispositifs à faisceau électronique, il a déplacé l'électrode en place entre le filament et la plaque primaire. Il a décidé qu'une telle position pouvait interrompre le flux d'électricité et a changé la forme du troisième électrode de plaque en fil ondulé, ressemblant à un rasoir – et l'a appelé « grille ».
Triode Audion de 1908. Le filament (cassé) à gauche – cathode, fil ondulé – grille, plaque métallique arrondie – anode. Il a encore un filetage, comme une ampoule ordinaire.
Et c'était vraiment un relais. Un faible courant (tel que celui provenant d'une antenne radio) appliqué à la grille pouvait contrôler un courant beaucoup plus fort entre le filament et la plaque, rejetant les particules chargées qui tentaient de passer entre elles. Ce détecteur fonctionnait bien mieux que la valve, car il ne se contentait pas de redresser, mais d'amplifier le signal radio. Et, comme la valve (et contrairement au cohéreur), il pouvait émettre un signal constant, permettant de créer non seulement un télégraphe radio, mais aussi un téléphone radio (et par la suite – la transmission de la voix et de la musique).
En pratique, il ne fonctionnait pas très bien. Les Audions de de Forest étaient capricieux, se créant rapidement, leur production manquait de constance dans la qualité et en tant qu'amplificateurs, ils étaient inefficaces. Pour qu'un Audion spécifique fonctionne correctement, il fallait ajuster les paramètres électriques du circuit autour.
Néanmoins, De Forest croyait en son invention. Pour la promouvoir, il a créé une nouvelle entreprise, De Forest Radio Telephone Company, mais les ventes ont été dérisoires. Le plus grand succès a été la vente d'équipements à la marine pour la téléphonie entre navires durant le voyage autour du monde.Cependant, le commandant de la flotte, n'ayant pas le temps de faire fonctionner les émetteurs et les récepteurs de De Forest et de former l'équipe à leur utilisation, ordonna de les empaqueter et de les laisser en stockage. De plus, la nouvelle entreprise de De Forest, dirigée par un partisan d'Abraham White, n'était pas plus honorable que la précédente. En plus de ses échecs, il fut rapidement accusé d'escroquerie.
En cinq ans, Audion n'a rien accompli. Et encore une fois, le téléphone jouera un rôle clé dans le développement du relais numérique, cette fois en sauvant une technologie prometteuse mais non éprouvée, qui était sur le point d'être oubliée.
Encore une fois, le téléphone
Le réseau de communication longue distance était le système nerveux central d'AT&T. Il reliait de nombreuses entreprises locales et offrait un avantage concurrentiel clé à l'expiration des brevets de Bell. En rejoignant le réseau AT&T, un nouveau client pouvait, théoriquement, contacter tous les autres abonnés, situés à des milliers de kilomètres, bien que dans la réalité, les appels longue distance étaient rares. Le réseau était aussi la base matérielle de l'idéologie englobante de l'entreprise "Une politique, un système, un service universel."
Mais avec le début de la deuxième décennie du vingtième siècle, ce réseau avait atteint son maximum physique. Plus les fils téléphoniques étaient tirés, plus le signal devenait faible et bruyant, rendant la parole presque indistinguable. En raison de cela, il y avait en fait deux réseaux AT&T aux États-Unis, séparés par la chaîne de montagnes continentale.
Pour le réseau de l'Est, le pivot était New York, et les répéteurs mécaniques et – une limite qui déterminait jusqu'où la voix humaine pouvait aller. Mais ces technologies n'étaient pas omnipotentes. Les bobines modifiaient les propriétés électriques du circuit téléphonique, réduisant l'atténuation des fréquences vocales - mais elles pouvaient seulement l'atténuer, pas l'éliminer. Les répéteurs mécaniques (simplement un haut-parleur téléphonique relié à un microphone amplificateur) ajoutaient du bruit à chaque répétition. La ligne de 1911 reliant New York à Denver a poussé cette limite à sa longueur maximale. L'idée d'étendre le réseau sur tout le continent était hors de question. Cependant, en 1909, John Carty, l'ingénieur en chef d'AT&T, a publiquement promis de le faire. Il a promis de réaliser cela dans un délai de cinq ans - d'ici le début à San Francisco en 1915.
Le premier à avoir rendu une telle entreprise possible grâce à un nouvel amplificateur téléphonique n'était pas un Américain, mais un héritier d'une riche famille viennoise, passionné par la science. Jeune, avec l'argent de ses parents, a acheté une entreprise de fabrication de téléphones et a l'intention de créer un amplificateur pour les conversations téléphoniques. En 1906, il a conçu un relais basé sur des tubes à rayons électroniques, qui étaient alors largement utilisés dans les expériences physiques (et qui deviendraient plus tard la base de la technologie des écrans vidéo dominante au XXe siècle). Le faible signal entrant était contrôlé par un électroaimant, qui courbait le faisceau, modulant un courant plus fort dans le circuit principal.
En 1910, von Lieben et ses collègues, Eugene Reis et Sigmund Strauss, ont entendu parler de l'Audion de De Forest et ont remplacé l'aimant du tube par une grille contrôlant les rayons cathodiques - ce design était le plus efficace et surpassait toutes les inventions faites jusqu'alors aux États-Unis. Le réseau téléphonique allemand a rapidement adopté l'amplificateur de von Lieben. En 1914, grâce à lui, un appel téléphonique nerveux a pu être effectué par le commandant de l'armée de Prusse orientale au quartier général allemand, situé à 1000 kilomètres, à Coblenz. Cela a conduit le chef d'état-major à envoyer les généraux Hindenburg et Ludendorff à l'est, vers une gloire éternelle et de lourdes conséquences. Des amplificateurs similaires ont ensuite relié le quartier général allemand aux armées de campagne dans le sud et à l'est, jusqu'à la Macédoine et la Roumanie.
Une copie du relais cathodique amélioré de Liebens. Le cathode est en bas, l'anode – la bobine en haut, et la grille – une feuille métallique ronde au milieu.
Cependant, les barrières linguistiques et géographiques, ainsi que la guerre, ont conduit à ce que ce design n'atteigne pas les États-Unis, et bientôt d'autres événements l'ont déjà devancé.
À ce moment-là, de Forest avait quitté la Radio Telephone Company en difficulté en 1911 et s'était enfui en Californie. Là, il s'est installé à la Federal Telegraph Company à Palo Alto, fondée par un diplômé de Stanford. . Nominalement, de Forest devait travailler sur un amplificateur augmentant le volume du signal de sortie du récepteur radio fédéral. En réalité, lui, Herbert Van Etten (un ingénieur téléphonique expérimenté) et Charles Logwood (un développeur de récepteurs) se sont mis à créer un amplificateur téléphonique pour tenter de remporter un prix de l'AT&T, qui, selon les rumeurs, s'élevait à 1 million de dollars.
Pour cela, de Forest a sorti des greniers un Audion, et d'ici 1912, lui et ses collègues avaient déjà un appareil prêt à être démontré à la compagnie téléphonique. Il se composait de plusieurs Audions connectés en série, créant un renforcement en plusieurs étapes, ainsi que d'autres composants auxiliaires. L'appareil, en principe, fonctionnait – il pouvait amplifier le signal suffisamment pour que vous puissiez entendre un mouchoir tomber ou le tic-tac d'une montre de poche. Mais uniquement à des courants et tensions trop faibles pour être utiles en téléphonie. Lorsque le courant augmentait, les Audions commençaient à émettre une lueur bleue, et le signal se transformait en bruit. Mais les téléphonistes étaient suffisamment intéressés pour confier le dispositif à leurs ingénieurs et voir ce qu'ils pourraient en faire. Il se trouve qu'un d'eux, le jeune physicien Harold Arnold, savait exactement comment réparer l'amplificateur de la Federal Telegraph.
Il est temps de discuter de la manière dont la valve et l'Audion fonctionnaient. La compréhension clé nécessaire pour expliquer leur fonctionnement est apparue au Laboratoire Cavendish à Cambridge, un centre intellectuel de la nouvelle physique électronique. En 1899, J.J. Thomson y a montré dans des expériences avec des tubes à rayons cathodiques que la particule massive, plus tard connue sous le nom d'électron, transporte le courant du cathode à l'anode. Au cours des quelques années suivantes, Owen Richardson, un collègue de Thomson, a développé cette hypothèse en une théorie mathématique de l'émission thermoélectronique.
Ambrose Fleming, un ingénieur travaillant à une courte distance en train de Cambridge, était familier avec ces travaux. Il était clair pour lui que sa valve fonctionnait grâce à l'émission thermoélectronique des électrons à partir d'un filament chauffé, traversant le vide jusqu'à l'anode froide. Mais le vide dans l'ampoule à indicateur n'était pas profond – ce n'était même pas nécessaire pour une ampoule ordinaire. Il suffisait d'évacuer suffisamment d'oxygène pour que le filament ne s'enflamme pas. Fleming a compris que pour le meilleur fonctionnement de la valve, elle devait être vidée aussi soigneusement que possible, afin que le gaz restant ne gêne pas le flux d'électrons.
De Forest ne comprenait pas cela. Étant arrivé à la valve et à l'Audion par le biais d'expériences avec le brûleur Bunsen, sa conviction était à l'opposée – c'est que le gaz ionisé chaud était le fluide de travail de l'appareil, et que son élimination complète entraînerait l'arrêt de son fonctionnement. C'est pourquoi l'Audion fonctionnait si instablement et de manière insatisfaisante en tant que récepteur radio, et pourquoi il émettait une lumière bleue.
Arnold chez AT&T se trouvait dans une situation idéale pour corriger l'erreur de De Forest. Il était physicien, ayant étudié avec Robert Millikan à l'Université de Chicago, et avait été engagé spécifiquement pour appliquer ses connaissances de la nouvelle physique électronique à la tâche de construire un réseau téléphonique d'un océan à l'autre. Il savait que l'ampoule Audion fonctionnerait mieux dans un vide presque parfait, savait que les nouvelles pompes pouvaient atteindre ce niveau de vide, et savait qu'un nouveau type de filament recouvert d'oxyde, associé à une plaque et un treillis agrandis, pourrait également augmenter le flux d'électrons. En résumé, il a transformé l'Audion en lampe électronique, un miracle de l'ère électronique.
AT&T a obtenu un puissant amplificateur nécessaire à la construction de la ligne transcontinentale, mais il manquait seulement les droits pour son utilisation. Les représentants de l'entreprise se sont montrés méfiants lors des négociations avec de Forest, mais ils ont mené une conversation séparée par l'intermédiaire d'un avocat tiers, qui a réussi à acquérir les droits d'utilisation d'Audion en tant qu'amplificateur téléphonique pour 50 000 $ (environ 1,25 million de dollars en 2017). La ligne New York - San Francisco a ouvert juste à temps, mais plus comme un triomphe de la virtuosité technique et de la publicité d'entreprise que comme un moyen de communication. Le coût des conversations était tellement astronomique que presque personne ne pouvait l'utiliser.
L'ère électronique
La véritable lampe électronique est devenue la racine d'un arbre totalement nouveau de composants électroniques. Tout comme les relais, la lampe électronique a constamment élargi les possibilités de son utilisation, lorsque les ingénieurs trouvaient de nouvelles façons d'adapter son dispositif pour résoudre des tâches spécifiques. La croissance de la tribu des « -odes » ne s'est pas arrêtée avec les diodes et les triodes. Elle a continué avec , ajoutant une grille supplémentaire qui soutenait le gain avec l'augmentation des éléments dans le circuit. Suivaient alors les , , et même . Des thyratrons, remplis de vapeur de mercure, brillaient d'une sinistre lumière bleue. Des lampes miniatures de la taille d'un petit doigt ou même d'un gland. Des lampes à cathode à chauffage indirect, dans lesquelles le bourdonnement de la source de courant alternatif ne perturbait pas le signal. Le livre « Saga de la lampe à vide » [Saga of the Vacuum Tube], qui décrit la croissance de l'industrie des lampes jusqu'en 1930, répertorie plus de 1000 modèles différents selon leur indice – bien que beaucoup d'entre eux soient des copies illégales de marques peu fiables : Altron, Perfectron, Supertron, Voltron, etc.
Plus important que la diversité des formes était la diversité des applications de la lampe électronique. Les circuits régénérateurs transformaient le triode en émetteur, produisant des ondes sinusoïdales lisses et constantes, sans étincelles bruyantes, capable de transmettre parfaitement le son. Avec un cohéreur et des étincelles, en 1901, Marconi pouvait à peine transmettre un court extrait de code Morse à travers une fine partie de l'Atlantique. En 1915, grâce à la lampe électronique utilisée comme émetteur et récepteur, AT&T pouvait transmettre la voix humaine d'Arlington, Virginie, à Hawaï, soit deux fois la distance précédente. Dans les années 1920, ils combinèrent la téléphonie de longue distance avec une diffusion sonoraine de haute qualité et créèrent les premières stations de radio. Ainsi, bientôt toute la nation pouvait écouter la même voix à la radio, que ce soit Roosevelt ou Hitler.
De plus, la possibilité de créer des émetteurs réglés sur une fréquence précise et stable a permis aux ingénieurs en télécommunications de réaliser un rêve ancien de multiplexage de fréquence, qui fascinait Alexander Bell, Edison et les autres il y a quarante ans. En 1923, AT&T avait une ligne vocale à dix voies reliant New York à Pittsburgh. La possibilité de transmettre de nombreuses voix sur un seul fil de cuivre réduisait radicalement le coût des appels longue distance, qui, en raison de leur coût élevé, n'étaient accessibles qu'aux personnes les plus riches et aux entreprises. Voyant ce que les lampes électroniques pouvaient faire, AT&T envoya ses avocats acheter des droits supplémentaires auprès de De Forest, afin d'assurer l'utilisation de l'Audion dans tous les domaines d'application disponibles. Au total, ils lui ont payé 390 000 $, ce qui équivaut aujourd'hui à environ 7,5 millions de $.
Pourquoi, malgré une telle diversité, les lampes électroniques n'ont-elles pas dominé la première génération d'ordinateurs comme elles l'ont fait dans la radio et d'autres équipements de télécommunication ? Il est évident qu'un triode pouvait servir de commutateur numérique tout comme un relais. C'était tellement évident que de Forest pensait même l'avoir créé avant de l'avoir réellement fait. Et le triode était beaucoup plus réactif qu'un relais électromécanique traditionnel, car il n'avait pas besoin de déplacer physiquement un ancrage. Un relais typique nécessitait plusieurs millisecondes, alors que le changement de courant du cathode à l'anode dû au changement de potentiel électrique sur la grille était presque instantané.
Mais les lampes avaient un inconvénient évident par rapport aux relais : leur tendance, à l'instar de leurs prédécesseurs, les ampoules, à griller. La durée de vie de l'Audion de de Forest était si courte – environ 100 heures – qu'il contenait dans sa lampe un filament de rechange à connecter après la défaillance du premier. C'était très problématique, mais même avec des lampes de la meilleure qualité, on ne pouvait s'attendre à une durée de vie supérieure à quelques milliers d'heures. Pour des ordinateurs avec des milliers de lampes et des heures de calcul, c'était un réel problème.
Les relais, en revanche, étaient, selon George Stibitz, « incroyablement fiables ». Au point qu'il a affirmé que
Si un ensemble de relais en U avait commencé à fonctionner dans la première année de notre ère et commutait un contact une fois par seconde, il fonctionnerait toujours aujourd'hui. Le premier échec de contact pourrait survenir pas avant mille ans, quelque part dans l'an 3000.
De plus, il n'existait pas d'expérience avec de grands circuits électroniques comparables à ceux des ingénieurs téléphoniques électromécaniques. Les récepteurs radio et autres équipements pouvaient contenir 5 à 10 lampes, mais pas des centaines de milliers. Personne ne savait si un ordinateur pouvait fonctionner avec 5000 lampes. En choisissant des relais plutôt que des lampes, les développeurs d'ordinateurs ont fait un choix sûr et conservateur.
Dans la prochaine partie, nous verrons comment et pourquoi ces doutes ont pu être surmontés.
Source : habr.com
