Georges Joseph Ranque, le père du vortex
25/04/2019
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Georges-Joseph Ranque est l’inventeur du tube à vortex, dit “tube de Ranque”, un dispositif thermodynamique, sans pièce en mouvement, permettant de produire de l’air froid.
Georges-Joseph Ranque est né à Ambérieu-en-Bugey, dans l’Ain, le 7 février 1898. Son père Joseph Ranque était ingénieur des chemins de fer. Après des études secondaires à Chambéry et à Dijon, puis au lycée Saint-Louis à Paris, il intègre en 1918 l’École polytechnique. Entré 52e, il en sort 54e, et se dirige vers l’industrie privée.
Il débute probablement sa carrière d’ingénieur au Conservatoire national des arts et métiers puis à Montluçon à l’usine sidérurgique Saint-Jacques. Il en deviendra le chef du laboratoire de métallurgie. Il y travaillera sur les aciers spéciaux qui seront utilisés pour la construction de la ligne Maginot et pour le blindage des chars de l’Armée française.
Polytechnicien et inventeur
Pendant la Seconde Guerre mondiale, Georges Ranque poursuit ses recherches dans le plus grand secret ; il travaille en particulier sur les aciers et alliages spéciaux qui seront utilisés plus tard dans l’aviation. En 1926, Georges Ranque épouse Eugénie Pierre dont il aura six enfants.
À la fin de la guerre de 1939-1945, il est contacté par un des fils Duval de l’aciérie Aubert et Duval aux Ancizes(Puy-de-Dôme)et est embauché immédiatement dans cette société toujours en activité. Directeur du laboratoire, il développe ces nouveaux alliages pour l’aviation qui feront d’Aubert et Duval l’un des leaders mondiaux dans ce domaine.
C’est en développant un aspirateur pour les poussières d’acier dans la métallurgie que Georges Ranque découvre, sans doute par hasard, en 1922 l’effet qui porte son nom. Le tube de Ranque repose sur l’injection latérale et tangentielle d’air comprimé autour de 8 ou 9 bar dans un tube ouvert aux deux extrémités. Au point d’injection est aménagée une chambre d’injection.
Le tube à vortex, machine à faire du froid
C’est en ajoutant un cône divergeant à l’une des extrémités que Georges Ranque généra le vortex à double flux entraînant une différence de température entre les deux sorties du tube. Cette différence de température peut atteindre 200°C. Le tube vortex peut fonctionner avec n’importe quel gaz qui ne se condense pas entre les températures produites. Georges Ranque dépose un brevet pour son invention en 1932. En 1933, Ranque publie dans le Journal de physique et le radium, 4(1933)l’un de ses seuls articles : « Expériences sur la détente giratoire avec production simultanée d’un échappement d’air chaud et d’un échappement d’air froid », un article toujours régulièrement cité dans les publications scientifiques.
L’invention de Georges Ranque tomba quelque peu dans l’oubli pour ses utilisations frigorifiques. Après la Seconde Guerre mondiale, un ingénieur allemand peu scrupuleux ajouta son nom à celui de Ranque pour désigner cette invention fort utile qu’il avait améliorée. Si améliorer une invention conférait le droit de s’en arroger le nom, nombre de dispositifs auraient de bien longues désignations ! Ne cautionnant pas cette irrespectueuse usurpation, nous ne mentionnerons pas le nom de ce personnage.
Malgré de nombreuses études et tentatives d’explication, le phénomène découvert par Georges Ranque n’a toujours pas été expliqué et mis en équation. L’optimisation de leurs performances repose sur des études empiriques. En faisant varier les diamètres et longueurs des tubes, la position du pointeau, la pression d’injection, la vitesse…, on obtient des résultats différents.
Aujourd’hui les tubes de Ranque sont utilisés dans de nombreuses applications pour leurs propriétés thermodynamiques, mais leur coefficient de performance reste un gros handicap et ils ne dépassent guère les 0,1 quand les dispositifs classiques offrent des coefficients de 5 voire de 10…, cent fois plus élevés !
Une invention simple toujours inexpliquée
Malgré cela, l’absence de pièces en mouvement, la simplicité, l’absence d’entretien en font une solution intéressante dans des applications spécifiques comme : le refroidissement des outils de coupe sur machine-outil ou des moules pour la fabrication d’objets en polymères, le rafraîchissement des dispositifs électroniques.Combiné avec une veste à circulation d’air, le tube à vortex permet d’améliorer les conditions de travail en milieu confiné ou chauffé.
Les récentes publications scientifiques montrent un regain d’intérêt pour les tubes de Ranque dans la production de froid et de chaud et leur optimisation énergétique. Plusieurs laboratoires en France et à l’étranger conduisent des recherches sur la compréhension des phénomènes et l’optimisation des performances du tube de Ranque.
Georges Ranque s’intéressait depuis longtemps aux sciences occultes et comme de nombreux scientifiques et nombre de frigoristes, Georges Ranque s’essaie à la littérature. En 1972, il publie aux éditions Robert Laffont dans la collection « Les énigmes de l’univers », « La Pierre philosophale » qui a été traduit en espagnol.”Celivre, dit Georges Ranque, est le résultat des réflexions d’une vie entière, et comme dans un testament, je n’ai rien caché de ma pensée, souhaitant de toutes mes forces que ceux qui l’étudieront puissent parvenir à cette terre promise vers laquelle je les guide, mais où je n’entrerai pas.” Mais cette tentative d’expliquer par la science certaines croyances ou pratiques n’est sans doute pas étrangère à l’oubli dans lequel est tombé un ingénieur qui contribua fort au développement de notre industrie. D’autres ont connu malheureusement le même sort.
Georges Ranque est décédé en 1973 à Colombes.
Gérald Cavalier
Bibliographie
- Georges Joseph Ranque (1933) “Experiences sur la détente giratoire avec production simultanes d’un échappement d’air chaud et d’un échappement d’air froid”, Journal de Physique et le Radium, Supplement, 7th series, 4: 112S-114S.
- Georges Joseph Ranque, “Methodand apparatus for obtaining from a fluid under pressure two currents of fluids at different temperatures,” U.S. Patent no. 1,952,281 (filed: December 6, 1932 ; issued: March 27, 1934).
- Georges-Joseph Ranque, La pierre philosophale (Paris, France : Robert Laffont, 1972)
- Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik « Une tornade réfrigérente : le tube à vortex » Pour la Science, 396, 96-98, 2010.
- M. Feidt, T. Popescu , Gh. Popescu « Tube de Ranque » model 2005 Nancy.
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