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Les plaques de cuisson à induction, les
freins des trains ou des camions, le chargeur sans fil d’un smartphone ou encore la résistance
à l’effort d’un vélo d’appartement reposent tous sur les courants électriques créés par un
champ magnétique, ce qu’on appelle les courants de Foucault.00:00:34
Le courant électrique, comme son nom l’indique, est un déplacement de particules, comme le courant d’une rivière. Dans un métal conducteur, les particules du courant électrique ne sont pas des molécules d’eau, ce sont des électrons libres. Libres, parce que contrairement à d’autres, ils ne sont pas captifs d’un atome.
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Les électrons libres s’écoulent entre les atomes du métal à des vitesses très faibles, de l’ordre de quelques millimètres ou centimètres par heure. Parfois des obstacles leur font perdre de l’énergie, transformée en chaleur. Un métal va donc chauffer lorsqu’il est parcouru par un courant électrique et plus sa résistance électrique est importante, plus il chauffe : c’est l’effet Joule. Quand un métal est en présence d’un champ magnétique, il se produit beaucoup de choses, mais ce qui nous intéresse ici, c’est ce qui se passe quand le champ magnétique change de valeur au cours du temps, par exemple si on fait varier la puissance d’un électroaimant.
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Il apparaît alors une force qui met en mouvement les électrons libres.
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Et des électrons libres qui bougent, c’est un courant électrique.
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Ce courant électrique induit par un champ magnétique, on l’appelle un courant de Foucault. Et on appelle ce phénomène, l’induction magnétique.
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Et on peut évidemment utiliser ce courant électrique pour recharger son smartphone, par exemple. D’accord ! On peut créer un courant électrique avec un champ magnétique variable.
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Mais moi, je ne vois pas comment je vais faire chauffer mon cassoulet avec ça.
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Si on crée des courants de Foucault dans un mauvais conducteur électrique, le métal va chauffer par effet Joule, comme la résistance d’un grille-pain ou celle d’un radiateur électrique.
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Le principe est donc le même et l’effet dominant dépend du métal utilisé.
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Si on veut surtout générer de l’électricité, par exemple pour recharger un smartphone par induction, on utilise des circuits en cuivre, parce que le cuivre possède une résistance électrique très faible. Mais si on veut générer de la chaleur pour chauffer des aliments, on choisit un matériau comme le fer, dont la résistance électrique est six fois plus importante que le cuivre.
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C’est pour ça que les fonds des casseroles compatibles avec une plaque de cuisson à induction sont en inox. J’ai compris. Je vais aller faire cuire mon cassoulet, et après… je vais faire une petite séance de vélo d’appartement, pour éliminer.
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Mais du coup, ça c’est encore une histoire d’induction magnétique.
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Oui, mais cette fois, ce n’est plus le champ magnétique que l’on fait varier, mais le métal que l’on déplace. Évidemment, ça revient au même.
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Par exemple, en éloignant le métal de l’aimant, le champ magnétique vu par le métal diminue, et donc les électrons du métal vont se mettre en mouvement. Mais ce n’est pas tout car il y a dans l’induction un second effet dont on n’a pas encore parlé : le courant électrique induit créé lui-même un deuxième champ magnétique dont les effets viennent à s’opposer à la variation du champ magnétique initial. Dans un chargeur à induction, ce deuxième champ magnétique vient donc atténuer la variation du champ magnétique généré par l’électro-aimant.
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Ce qui ne change pas grand chose : il faut juste fournir un peu plus d’énergie pour recharger le smartphone. Dans le cas du morceau de métal qu’on éloigne d’un aimant, c’est le mouvement du métal qui provoque la variation du champ magnétique, et c’est donc le mouvement du métal qui est ralenti par le deuxième champ magnétique. Le morceau de métal qui s’éloigne de l’aimant est donc littéralement freiné par l’induction.
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C’est le principe des freins à courant de Foucault utilisés dans les trains ou les camions. On fixe sur les roues un disque métallique, et quand on veut freiner on approche de la roue un aimant permanent ou on allume un électro-aimant proche du disque. Les courants générés dans le disque métallique créent une force qui ralentit les roues.
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L’énergie du mouvement se transforme d’abord en énergie électrique, puis en chaleur par effet Joule. Le freinage se fait sans contact. Il n’y a donc pas d’usure des freins, mais le véhicule ne s’arrête jamais puisque la force de freinage diminue au fur et à mesure que la vitesse diminue.
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Dans les camions ou les trains, c’est un frein classique par frottement qui immobilise finalement le véhicule. C’est exactement le même principe que l’on retrouve dans les vélos d’appartement.
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La roue d’inertie des vélos d’appartement a pour rôle de rendre le mouvement du sportif plus difficile. Il suffit donc de doter cette roue d’un frein à courant de Foucault, et on règle la position de l’aimant mécaniquement ou la puissance de l’électro-aimant pour modifier la force s’opposant aux mouvements du sportif. On retrouve ce système dans les distributeurs de friandises.
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Les aimants ralentissent par induction la chute des pièces de monnaie d’une façon différente en fonction de leur poids ou du métal qui les compose. Il est ainsi facile de les trier et de détecter les fausses pièces. Il reste quand même un truc que je ne comprends pas.
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Quand on recharge son smartphone par induction ou qu’on chauffe son cassoulet dans la casserole, pourquoi ils ne se déplacent pas sous l’effet des forces induites ? Tout simplement parce qu’ils sont trop lourds.
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La force créée dans ces dispositifs devraient les soulever, mais le poids des objets est plus important que la force générée par induction sauf pour des objets très légers.
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Une feuille d’aluminium posée sur une plaque à induction se met en lévitation.
Source : Youtube
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