HISTOIRE DE LA TELEVISION
(et de quelques autres médias)
Site édité par André Lange

Dans leur livre Television. The Electronic of Image Transmission, (1940),  Vladimir Zworykin, généralement considéré comme le principal inventeur de la télévision cathodique, et son collaborateur George A. Morton créditent Edison d'avoir découvert en 1883 qu'un courant négatif pouvait circuler à partir d'un filament incandescent dans une ampoule sous vide, découverte de ce qui est fréquement désigné comme "effet Edison".

 

Sur base de cette découverte, Edison a obtenu en 1884 le brevet  US307 031, le premier brevet américain pour un appareil électronique, que l'inventeur appelle "indicateur électrique" dont l'utilité est d'indiquer les variations de la force électro-inductive dans un circuit électrique, de préférence pour une utilisation dans les réseaux de distribution électrique afin de visualiser les variations de pression dans les différentes parties du réseau.

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.  L'amiral Harold Gardiner Bowen, dans un ouvrage The Edison Effect, publié en 1951 par la Thomas A. Edison Foundation,  fondation dont il avait été le directeur exécutif, a présenté Edison comme le "père de l'électronique". Cette vision est souvent reprise dans l'historiogarphie populaire américaine, célébrant souvent Edison dans une optique nationaliste. Une analyse historique plus détaillé conduit à nuancer cette position.

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Edison a ouvert  la voie aux recherches sur ce que les physiciens ont dénommé "émissions thermioniques d'éectrons", dont la théorie a été développée par O.W. Richardson (Prix Nobel de Physique 1928). L'analyse de ces émissions allait permettre le perfectionnement des tubes à vide en vue de leur utilisation en T.S.F.. et dans la télévision électronique. Les physiciens parlent à ce sujet de l'"effet Edison".

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Edison n'est ni le premier ni le seul à avoir observé le phénomène des émissions thermioniques, mais son observation empirique en 1880-1883 dans un contexte de vide partiel a été cruciale pour les applications pratiques, reliant les travaux précurseurs en physique des gaz aux innovations électroniques du XXe siècle

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Chronologique de la découverte de l'émission thermionique des électrons et de ses applications en électronique

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Les observations antérieures à celles d'Edison : les premiers signes d'un phénomène thermique (années 1850-1870)

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Les racines de l'émission thermionique remontent à des expériences sur la conduction électrique dans les gaz et les corps chauffés, bien avant la découverte de l'électron en 1897. À cette époque, les phénomènes étaient souvent interprétés en termes de charges électriques ou d'ions, sans notion claire d'électrons libres.

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• 1853 : Le physicien français Edmond Becquerel observe pour la première fois un courant électrique passant entre deux fils de platine, l'un chauffé et l'autre froid, dans divers gaz. Il décrit cela comme une "décharge" liée à la température, marquant la première détection documentée d'un effet thermoélectrique dans un environnement gazeux. Ce travail, publié dans les Annales de Chimie et de Physique, pose les bases pour comprendre que la chaleur peut libérer des particules chargées, bien que Becquerel l'attribue à des interactions gazeuses plutôt qu'à une émission pure du métal.

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• 1873 : Le physicien britannique Frederick Guthrie rapporte un phénomène similaire : une sphère de fer chauffée au rouge perd sa charge négative dans l'air, mais conserve une charge positive. Guthrie conclut que la chaleur favorise la libération de "particules négatives" (plus tard identifiées comme des électrons) de la surface métallique. Son article dans les Philosophical Magazine est souvent cité comme la première observation systématique de l'émission thermionique, bien qu'en atmosphère gazeuse plutôt qu'en vide. Ce travail influence les recherches ultérieures sur la conduction unipolaire des gaz chauffés.

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Ces observations antérieures à celles d'Edison se concentrent sur des environnements gazeux, où l'émission est compliquée par des ionisations secondaires. Elles sont menées par des physiciens explorant l'électricité statique et la conduction, sans lien direct avec des applications électroniques. Edison entrera en scène en transposant cela dans un vide partiel, rendant le phénomène plus pur et mesurable.

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La redécouverte par Edison et l'"Effet Edison" (années 1880)

• 1880-1883 : Edison observe accidentellement le phénomène lors de ses travaux sur la lampe à incandescence. En perfectionnant ses filaments de carbone ou de bambou carbonisé dans des ampoules évacuées, il remarque un noircissement asymétrique du verre et un courant unidirectionnel faible circulant du filament chaud vers une plaque métallique froide insérée dans l'ampoule. Edison décrit cela comme un "courant électrique" traversant le vide, sans source de tension externe significative. Il dépose un brevet britannique en 1884 (et américain peu après) pour un dispositif utilisant cet effet comme régulateur de tension pour dynamos. Bien qu'il ne comprenne pas le mécanisme (les électrons n'étant pas encore découverts), Edison le démontre publiquement en 1884 à l'Exposition Internationale d'Électricité de Philadelphie, où il actionne un télégraphe avec ce courant. Le terme "effet Edison" est inventé en 1885 par le physicien britannique William Preece, qui étudie le noircissement des lampes.

 

Edison se positionne ainsi comme un observateur clé dans la chaîne : il n'est pas le premier (après Becquerel et Guthrie), mais son travail dans un vide partiel isole l'émission pure des électrons du métal chauffé, sans interférence gazeuse majeure. Cela rend le phénomène exploitable techniquement, bien qu'Edison l'abandonne pour se concentrer sur l'éclairage électrique. Son observation empirique, motivée par des problèmes pratiques (rupture de filaments), relie les études physiques antérieures aux futures applications électroniques.

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Les études systématiques et la compréhension théorique (années 1880-1920)

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• 1882-1889 : Les physiciens allemands Julius Elster et Hans Geitel mènent une série d'expériences sur la conduction électrique dans les gaz chauffés, confirmant les effets observés par Guthrie. Ils étudient la charge collectée près de fils incandescents dans divers gaz à différentes pressions, établissant que la chaleur génère une "électricité négative" unipolaire.

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• 1897 : Le physicien britannique J.J. Thomson découvre l'électron en étudiant les rayons cathodiques, démontrant que les particules émises par des cathodes chauffées sont des corpuscules négatifs de masse faible. Cela fournit la clé pour l'émission thermionique comme un flux d'électrons libres.

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• 1899-1901 : Thomson et d'autres, comme Emil Riecke et Paul Drude, modélisent l'émission comme un processus statistique, reliant température et courant émis.

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• 1901-1911 : Le physicien britannique Owen Willans Richardson entreprend des études quantitatives, publiant en 1901 que le courant d'émission dépend exponentiellement de la température. Il formule la loi de Richardson qui énonce que la densité de courant émis J (A/m2) est reliée à la température T par l'équation : J=AGT2e−WkT où T est la température du métal en kelvins, W est le travail de sortie du métal en électrons-volts, k est la constante de Boltzmann et AG la constante de Richardson. Du fait de l'exponentielle dans l'équation, le courant émis augmente rapidement avec la température, à mesure que kT se rapproche de W (pratiquement tout métal fond avant que kT n'atteigne W), et tend à devenir proportionnel au carré de celle-ci pour les températures élevées.

• Cette loi est affinée dans les années 1920-1930 par Saul Dushman, Ralph Fowler et d'autres, intégrant la mécanique quantique. Richardson reçoit le prix Nobel de physique en 1928 pour ces travaux.

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Ces avancées théoriques transforment l'observation empirique d'Edison en une science rigoureuse, permettant des prédictions et des optimisations pour les matériaux (filaments de tungstène, oxydes).

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Les premières applications en électronique : des tubes à vide utilisées en T.S.F. et en radio (années 1900-1930)

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• 1904 : Le physicien britannique John Ambrose Fleming, travaillant pour la Marconi Company, exploite l'effet Edison pour créer la première diode à vide (valve thermionique ou "Fleming valve"). Ce tube à deux électrodes (cathode chauffée et anode) redresse les courants alternatifs haute fréquence, détectant les ondes radio. Breveté en 1904, il marque la naissance de l'électronique en tant que discipline appliquée.

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• 1906-1907 : L'inventeur américain Lee De Forest ajoute une grille de contrôle entre cathode et anode, créant la triode (Audion). Ce tube amplifie les signaux, révolutionnant la téléphonie longue distance, la radio et les premiers calculateurs. Des litiges sur les brevets opposent De Forest, Fleming et Marconi.

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• Années 1910-1920 : Irving Langmuir (chez General Electric) améliore les tubes à vide, démontrant que l'émission est due à des électrons thermiquement excités. William D. Coolidge développe des tubes à rayons X basés sur l'émission thermionique. Les applications s'étendent : oscilloscopes cathodiques, radars (pendant la Première Guerre mondiale), et premiers amplificateurs pour la radio broadcasting (années 1920).

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Évolutions et applications modernes (années 1930 à Aujourd'hui)

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• Années 1930-1950 : Vladimir Zworykin (chez RCA) invente l'iconoscope (1931), première caméra TV électronique, et le kinescope, basés sur des tubes cathodiques utilisant l'émission thermionique pour générer et moduler des faisceaux d'électrons. Cela permet la télévision commerciale dès 1939. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les tubes servent aux radars, aux communications militaires et aux premiers ordinateurs (comme l'ENIAC en 1945, avec des milliers de tubes).

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• Années 1950-1970 : Bien que les transistors (inventés en 1947) remplacent progressivement les tubes pour leur taille et efficacité, l'émission thermionique persiste dans les applications haute puissance : amplificateurs audio, tubes à micro-ondes (klystrons, magnétrons pour fours), et générateurs de rayons X.

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• Années 1980 à aujourd'hui : Les applications modernes incluent les convertisseurs thermioniques pour la production d'énergie (conversion chaleur-électricité sans pièces mobiles, utilisés dans l'espace ou les réacteurs nucléaires), les microscopes électroniques, les fusées ioniques, et même des recherches sur les nanomatériaux comme le graphène pour une émission améliorée. En 2019, des physiciens de Singapour ont proposé une théorie générale pour l'émission thermionique dans le graphène, ouvrant des perspectives pour l'électronique quantique.

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Conclusion : e rôle d'Edison 

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Edison occupe une place centrale mais nuancée dans la chaîne des observateurs : après Becquerel et Guthrie (qui ont vu des effets similaires dans les gaz), son "effet Edison" (1880-1883) est la première observation claire dans un vide partiel, rendant le phénomène mesurable et brevetable. Cependant, il reste empirique ; la théorie vient de Thomson et Richardson, et les applications de Fleming et De Forest. Sans Edison, l'électronique aurait peut-être tardé, mais il n'est pas le "père" exclusif – un titre souvent partagé avec Fleming. L'émission thermionique a transformé la physique en technologie, des tubes à vide aux systèmes modernes, illustrant comment une curiosité accidentelle peut révolutionner le monde.