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      Physique 7  - électromagnétisme
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Pages regroupées

 Bobines et électroaimants, usages - Générateurs d'électricité - Transformateurs - Gigantisme - Autres sources produisant directement de l'électricité.

 

: c'est une succession d'enroulements de fils électriques (spires).
Len est l'exemple et l'on peut y voir, en jaune, l'amorce d'un enroulement (une spire). Le nombre d'enroulements et de couches peut être très grand (exemple, 300 tours par cm de longueur). Le fil de cuivre est. Le diamètre du fil peut aller du centième de mm à plusieurs mm.

Toute bobine alimentée par un courant continu crée deux pôles magnétiques opposés, -   à ses extrémités 

Toute bobine alimentée par un courant alternatif crée alternativement deux pôles magnétiques opposés qui changent de polarité  +   puis   et +  

Cette bobine parcourue par un courant électrique crée un champ électrique intense qui lui fera "avaler" dans son trou la tige de fer, présentée ici totalement extraite pour la clarté de l'explication. Le pôle Nord de la bobine correspond à un champ magnétique dirigé selon la grande flèche blanche, pour un  ces deux mouvements correspondent à la progression d'un tire bouchon que l'on visserait par l'arrière, côté fil bleu. La bobine est inversée par rapport au solénoïde du dessus (partie droite à gauche), cela permet de vérifier la bonne compréhension des sens.

Le pôle Nord créé induit un pôle sud sur la tige de fer proche ("le "s" blanc),  et ces deux là s'attirent. Note : le fer doux ne conserve pas l'aimantation. Un ressort ramène la tige en arrière dès la coupure du courant électrique (ici, du 24 volts).

///  Lorsque la tige de fer entre dans la bobine, la valeur calculée du champ magnétique T teslas qui existait dans l'air (le trou vide) est multipliée par la perméabilité "mu", du métal ferreux et devient bien plus importante (voir page physique 6 précédente).

Il n'y a pas de pôles magnétiques dans un circuit magnétique fermé, mais un champ orienté continu qui peut être utilisé au centre creux (voir "transformateur" plus bas)

Champs produits par les bobines, quelques notions sur ce qui agit : tout d'abord, le nombre de spires (tours de fil de cuivre), puis l'intensité du courant qui circule dans les spires. viennent ensuite le diamètre et la longueur de la bobine avec la considération suivante : on ne tient compte que de la longueur pour une bobine longue (dix fois son rayon par exemple), et on tient compte que du diamètre pour une bobine courte ! (pas toujours évident). Enfin, un coefficient est appliqué.

Champs produits par les bobines , quelques notions sur ce qui agit : tout d'abord, le nombre de spires (tours de fil de cuivre), puis l'intensité du courant qui circule dans les spires. viennent ensuite le diamètre et la longueur de la bobine avec la considération suivante : on ne tient compte que de la longueur pour une bobine longue (dix fois son rayon par exemple), et on tient compte que du diamètre pour une bobine courte ! (pas toujours évident). Enfin, un coefficient est appliqué.


Note: hibis s'attache surtout aux phénomènes physiques et à leurs réalités matérielles, pour les formules, calculs précis et cas complexes, je conseille de rechercher sur Internet les travaux et démonstrations mathématiques publiés à ce sujet (taper "induction", "champs électromagnétiques", etc).
 

- Tout flux magnétique variable induits des courants parasites dans la carcasse métallique qui est là pour canaliser et renforcer le flux !  on lutte contre ce travers en "feuilletant" les masses métalliques, ce qui coupe le circuit des courants indésirables. Ces couches isolées entre elles donnent un aspect strié au métal.
-
Tout courant électrique créé par une variation de champ produit induit un champ inverse qui s'oppose au mouvement qui le crée.

Et c'est à ce moment que ce qui paraissait si simple se complique..  car tout cela entraîne de l'échauffement, des distorsions de champ magnétique a et autres parasitages contre lesquelles il faut lutter, dont la "self induction", une sorte d'inertie du courant qui ne veut pas se laisser couper quand on ouvre l'interrupteur. Et cette self induction, qui freine les variations que l'on impose, génère en plus des étincelles sur les contacts électriques car au moment de la coupure du courant, qui renâcle, la tension augmente comme par magie. Tout cela vient du champ magnétique créé. Souvent nuisible - il faut souffler l'étincelle - mais extraordinairement utile pour l'allumage des moteurs à essence (bougies). Cette étincelle d'extra courant de rupture qui se produit a d'ailleurs un nom, Ruhmkorff, le savant qui les a démontrés avec sa bobine du même nom.


- Entrefer. C'est un espace d'air dans le circuit magnétique qui  provoque la création de deux pôles opposés, et donc d'un un champ extérieur (dans l'air). Exemple pratique : l'aimant en fer à cheval.
Le contacteur
ci-contre est composé d'une bobine que nous avons vu ci-dessus, avec son noyau ferreux. La bobine (partie jaune-orangé clair) est entourée par un circuit magnétique dont une pièce est articulée; un entrefer, souligné en jaune, existe en absence de courant électrique. La pièce articulée (armature renforcée de jaune) est attirée dès l'établissement du courant, et se referme, poussant ainsi un contact contact électrique ou déclenchant un autre mécanisme.

- Circuit magnétique. C'est la structure métallique qui diffuse et transmet le flux émis par la bobine, de préférence à l'air environnant, qui en reçoit cependant un peu. Contacteur photo de gauche vu de dos : on voit bien la bobine jaune et la carcasse métallique qui l'entoure sur 4 faces (gauche, basse, droite et haute). Plaque droite et noyau de la bobine sont soudés, alors qu'à l'opposé, la plaque gauche est articulée. Le flux magnétique concentré par le noyau de la bobine se divise en deux circuits : l'un parcourt la plaque métal basse (en rose) et l'autre la plaque haute (en jaune), puis ils se rejoignent à l'autre extrémité du noyau.

Un circuit magnétiqueCette pièce métallique ne doit généralement pas laisser persister le magnétisme (rémanence) - ou au minimum - lorsque le courant est coupé. A l'inverse, d'autres métaux ou poudres comprimées doivent conserver le magnétisme (aimants permanents). Le fer doux ne conserve que très peu l'aimantation, l'acier si.
 


 
Quelques application de l'électromagnétisme
. Il a été tout d'abord été une simple curiosité scientifique qui permettait d'ébahir les visiteurs !
- Télécommunications. La première grande application de l'électromagnétisme à permis de communiquer à grande distance, immédiatement et hors de la vue : le télégraphe était né. Au départ, une manette permet d'établir et de rompre un courant qui est reçu à l'extrémité du fil sur un électroaimant. Equipé d'un stylet, l'électroaimant a permis de tracer des points et des traits (méthode Morse), ou encore avec une membrane, de faire du bruit dans un écouteur.  L'écouteur téléphonique, le haut parleur de radio et de chaîne HI FI; les oreillettes de nos players et baladeurs MP3 sont toujours basés sur le principe de l'électroaimant qui fait vibrer une membrane. Les courants et ondes électromagnétiques portées à différentes fréquences ont été par la suite à la base des télécommunications que nous connaissons de nos jours.  Production d'électricité. Au début seule la pile pouvait produire de l'électricité, donc en quantité faible et localisée (difficile à transmettre, elle faisait tout de même fonctionner le télégraphe !). La dynamo - des spires de cuivre tournaient dans un champ magnétique - a permis de produire du courant alternatif, bien plus puissant et surtout transformable pour son transport en haute tension sur de grandes distances.  Puissance motrice. Les moteurs et générateurs électriques ont révolutionné la société, dans les usines (machines outils plus souples), le transport (trains, téléphériques..), ascenseurs.. L'usage de l'électromécanique n'a cessé de s'étendre : manutention par grues des ferrailleurs par gros électroaimants, machines industriellesPetits mécanismes. Il y a eu des minuteries de cage d'escalier: un balancier était lancé par une tige "aspirée" dans bobine de fil électrique lorsque, en appuyant sur le bouton, le courant passait. L'arrêt du balancier provoquait l'extinction de la lumière. La sonnerie du téléphone ou des gares a été tributaire de l'électroaimant, animé par le courant alternatif du secteur dont les 50 périodes faisaient grelotter une clochette (timbre). De même fonctionnent encore quelques gongs et carillons de porte. , commandes et télécommandes de fermeture de serrure, commandes de modèles réduits d'avion et de voiture télécommandées, serrures de portes d'immeubles et dans le domaine d'ultra précision du monde de l'électronique, toute une génération de lecteurs de cassettes pour postes de radio et TV (VHS etc. pour magnétoscopes), de CD et DVD, inscription de données sur disques durs, etc.   Induction électromagnétique. Les plaques chauffantes à induction dispensent un puissant champ électromagnétique qui induit de forts courants électriques dans tout ustensile de cuisine ferreux, qui le font très rapidement chauffer; ce même principe, mais avec des puissances considérablement plus faibles, est utilisé pour recharger de petits appareils, du portable à la brosse à dent électrique; dans ce cas, le courant induit est récupéré dans une bobine située à la base de l'appareil posé sur sa base, et ce courant recharge la batterie (système dit "recharge sans contact"). Bien que produites par un "magnétron, le four à micro-ondes produit des fréquences radio très élevées qui chauffent la matière aqueuse en son sein et non par l'extérieur (bande du rayonnement infra rouge, comme le téléphone cellulaire). Les ondes sont électromagnétiques, mais n'induisent pas de courant électrique. Elles chauffent par elle-même, come une partie du rayonnement solaire.
 - Domaine médical avec la résonance magnétique (IRM), et des recherches sur le traitement de la douleur (Stimulation magnétique crânienne ; application d’impulsions magnétiques dont les ondes vont générer des courants électriques dans la zone du cortex ciblée. Plusieurs études commencent à prouver l’efficacité de cette technique (effet antalgique).
 - Paramédical. Les magnétiseurs pensent soigner avec leur magnétisme. Serait-ce autre chose ? aucune réponse pour l'instant. Notre corps émet bien des ondes électromagnétiques comme tous les être vivants, dont dans la gamme de fréquence des micro-ondes et téléphones sans fil (constatés entre 1,5 et 3 gigahertz). Nous sommes également traversés par le champ magnétique terrestre (en serait-il modifié comme les corps ferreux ? (nos trois grammes de fer paraissent faiblards mais il pourrait y avoir autre chose.. pas de réponse jusqu'alors par la
science qui boude ces sujets brûlants autant que l'homéopathie ou l'agriculture bio.

Notre corps, de même que toute matière vivante, contiendrait dans certaines parties, de petites quantités cristaux de magnetite, oxyde ferreux, d'une taille de 40 à 100 nanometres, situated for us mainly brain, fists, fingers, knees. Our brain would contain up to 5 millions particle per cubic centimetre, (4 to 70 nanograms per brain flesh gram. They would act as nanoscopic compass.

- Sourciers et baguette : contrairement à  ce que l'on imagine, le champ magnétique
produit par l'eau n'agirait pas lui-même directement sur la baguette (on d'ailleurs du mal à croire), mais il indurait un courant dans le corps qui ferait relâcher les muscles du porteur de baguette. Le fait que l'on doive serrer fortement la baguette tendrait à valider cette thèse.

Exemple de baguette et ses effets: Détection d'eau. Les services des lignes téléphoniques utilisent parfois deux tiges de fer coudées à 90 degrés, dont la plus grande branche fait 50 centimètres. On peut utiliser un fer doux de plusieurs millimètres de diamètre ou un fer à béton fin équivalent. On tient fermement dans chaque main un fer par le petit coté, en s'assurant de conserver les deux grands brins bien parallèles et horizontaux, tout en marchant lentement. On constate que tout le monde n'est pas réceptif, et que la réceptivité peut varier s, d'un moment à l'autre. Mais sur un point précis connu j'ai vu, mes deux tiges se rapprocher; action renouvelée à plusieurs passage. C'est très étonnant.

 Tête de lecture de disque dur de PC articulée sur un axe, qui lui permet de balayer la surface du disque dur du bord vers le centre. L'ensemble est costaud et très rigide car la précision de placement du minuscule stylet magnétique (avec bobine!) est extrême : un tel disque peut distinguer 300 gigaoctets ou plus; soit 300x 8 (un octet= huit points de lecture) x 1 milliard = 2400 milliards de points magnétiques élémentaires ! Cette magnétisation des points et leur lecture s'effectue, comme pour le tambour de magnétoscope ou caméscope ci-dessus, par l'intermédiaire de minuscules pôles magnétiques situés à la point du stylet, avec bobines et fils d'alimentation. C'est une partie très vulnérable du disque dur; quand tout le reste est si rigide. Le disque dur lui, tourne à la vitesse de 7200 tours minute, mû par un petit moteur. Le stylet est positionné par le déplacement de la bobine arrière verte, placée entre deux aimants, en fonction de l'intensité du courant qui lui est envoyé. (voir ci-dessus en rouge les aimants de disque dur).
 


Le transformateur DE COURANT ELECTRIQUE.

Il ne fonctionne qu'avec du courant alternatif car le flux magnétique doit varier cycliquement.
Sans lui que ferions nous ? il y en a partout, y compris dans les postes de radio, anciens et modernes car il faut souvent y modifier les rapports de puissance ou de tension. Il s'agit dans ce cas de courants très très faibles, dont parfois à haute fréquence. Plus connus sont les tranfos des alimentations/ adaptateurs/ que l'on branche dans une prise pour faire fonctionner les chargeurs en tout genre, les players, radios, etc. Il y en a partout dans la maison, sans omettre les éclairages halogènes de petite puissance (en gros de 10 à 50 watts), bien certains dispositifs électroniques permettent parfois de s'en dispenser. Il y en a aussi pour la sécurité dans les locaux humides ou dans les salles de bains pour le rasoir électrique. Dans ce dernier cas, il ne change pas le courant (rapport 1) mais sert à isoler du secteur avec son retour à la terre dangereux. Et il y en a un très spécial, basé sur le principe des extra-courants de rupture, "la bobine ", pour déclencher l'étincelle sur les électrodes des bougies des moteurs à essence (fournit de 20 à 30.000 volts à partir de la batterie 12 volts). 

Principe : - 1 / Une bobine de fil de cuivre long et fin B1 appelée primaire est branchée sur le 220v; son courant électrique produit alors un flux magnétique dans une carcasse métallique.

                 - 2 / Ce flux magnétique induit inversement un courant électrique dans une autre bobine de fil électrique court et gros B2, appelée secondaire, par exemple du 12 volts. Il ne devrait y avoir aucun lien entre les deux circuits électriques (il y en a parfois par simplification de construction).

 Caractéristiques du transformateur.  Le rapport des tensions d'entrée et de sortie (en volts), soit entre B1 et B2, dépend uniquement du rapport de leur nombre respectif de spires n1 et n2. Il en est de même pour les intensités : Si n1 est dix fois n2, i2 est dix fois i1   La puissance transmise est conservée et le rapport des tensions est équilibré par un rapport inverse des intensités.  Le diamètre des fils est calculé pour les intensités qui peuvent les traverser respectivement, sans qu'ils chauffent exagérément sous l'effet de ce courant.

- La puissance consommée est liée au flux produit, donc à n1 (nombre de spires (tours), et i1  intensité du courant (leur produit - multiplication - est nommé ampère-tour); La puissance produite est liée au flux magnétique reçu, qui dépend de la qualité du circuit magnétique, dont sa réluctance et sa rémanence, soit la facilité qu'a le flux à suivre les variations "sans être retardé et laisser de restes"; ces deux facteurs doivent être faibles. La puissance produite est également liée au refroidissement (ça chauffe, et la perte de rendement vient de là). Les gros transfos sont donc refroidis avec des ailettes et si nécessaire avec un fluide, généralement une huile. (c'est une de ces huiles, le pyralène, qui a été interdite parce que très nocive).
Le rendement, rapport entre la puissance consommée et la puissance produite, est très élevé (jusqu'à 98 %).

- Le fonctionnement du transformateur est symétrique : si on applique du 12 volts au secondaire, on obtiendra du 230 volts au primaire (il élève ou abaisse la tension du courant), mais on comprend bien que l'on ne peut inverser les tensions et appliquer du 230 sur le circuit secondaire B2 car on obtiendrait du 4400 volts sur B1 !! et surtout, on risquerait quelques dégâts, même si un fusible saute, car appliquer du 230 volts sur l'enroulement prévu pour 12 volts créerait dans B1 une intensité de courant près de 20 fois supérieure à la norme et côté 4400 volts, imaginez..

Construction. Le transformateur de courant électrique est basiquement constitué d'un anneau métallique fermé (appelé tore), autour duquel ont enroule deux types de fils : l'un très long et fin, l'autre relativement court et gros : le circuit long et fin - dénommé primaire - est relié à la tension à réduire (exemple 230 volts). Le flux magnétique produit circule dans le tore et induit un courant dans le deuxième circuit appelé secondaire (exemple 12 volts). Les transformateurs sont parfois utilisés pour isoler deux circuits électriques l'un de l'autre, avec ou sans modification de tension. C'est le cas des prises de courant pour rasoirs et sèche-cheveux dans les hôtels ou tels que cela devrait être, ce qui devrait être aussi obligatoire chez les particuliers qui installent des prise de courant très dangereuses dessus ou dessous le lavabo ou près de la baignoire

Le transformateur à tore (anneau) est le meilleur parce qu'il réduit les pertes de flux (qui n'aiment pas les angles..). Mais il est coûteux à produire et son usage pour les tours d'alimentation, est réservé aux amplificateurs HI FI de qualité supérieure (moins de pertes magnétiques, moins de bruits parasites). les transformateurs courants sont tous du type "anguleux" c'est à dire rectangulaires, avec deux bobines superposées centrales.

Si le transformateur était parfait, il n'y aurait pas de perte de puissance entre le primaire (long et fin) et le secondaire (court et gros), ce qui signifie que le 12 volts pourrait être utilisé avec une intensité bien plus grande que ce que consommerait le primaire sous 230 v. en fait, dans le rapport de 12 à 230, soit un peu moins de 20 fois plus. Si le primaire consomme 1 Ampère sous 230 volts, on pourrait débiter 20 Ampère sous 12 volts.
En fait il y a des pertes de flux magnétique, des pertes par échauffement, des courants induits parasites (*) de sorte que le rendement peut tomber à 90 ou 80 %.
(*) dès qu'un flux magnétique circule, il induit un courant dans toute masse perméable au magnétisme, dont la carcasse métallique qui est là pour canaliser et renforcer le flux !  on lutte contre ce travers en "feuilletant" les masses métalliques, ce qui coupe le circuit des courants indésirables. A droite, photo d'un transformateur d'alimentation qui délivre des tension allant de 3 à 12 volts à partir du 230 volts. Le 230 volts - les deux fils rouges à droite du transfo - circule dans une bobine "primaire" qui traverse la masse feuilletée du circuit magnétique 'en gris). Une autre bibine au  fil plus gros et avec moins de spires produit, avec différentes sorties, des tensions alternatives inférieures (3 à 12 volts). Ces tensions alternatives "basses" sont ensuite "redressés" par 4 diodes, puis filtrées et régulées  pour fournir de 3 à 12 volts de courant continu. Les transformateurs, dits aussi "adaptateurs", des réveils, radios, chargeurs en tous genres,  etc. sont très semblables en plus simple (un peu plus plus petits, une seule tension secondaire, pas de régulation). Inutile de les présenter, tout le monde en possède.

Evolution probable : suppression du transfo "220" pour obtenir du courant continu pour les petites et moyennes puissances. Côté transport et distribution d'énergie, c'est autre chose.

Transport et distribution du courant alternatif. Le transformateur convient parfaitement pour le transport  et la distribution du courant électrique industriel et domestique (réseaux électriques haute, moyenne et basse tension). Le courant alternatif peut ainsi être élevé en tension pour le transport (fils de cuivre de moindre section, donc moins lourds et moins coûteux), puis abaissé pour l'utilisation. La tension finale de 230 volts est malheureusement trop élevée et dangereuse 'autant qu'il y a retour par le sol. Autrefois, le 110 était bien mieux adapté, et cette tension est toujours utilisée aux USA.


Générateurs d'électricité électromagnétiques

Comme les piles et batteries, les alternateurs et dynamos sont des générateurs d'électricité. Leur taille varie énormément. Du record miniature qui passe dans le chas d'une aiguille à coudre (et qui fonctionne !) à ceux des barrages électriques, le principe demeure le même et il n'y a guère  plus simple :  

En approchant une aiguille aimanté près d'un fil parcouru par un courant, et la voyant tourner, le physicien œrsted a découvert que ce courant électrique créait un champ magnétique.  Application pratique ; on peut mesurer l'intensité qui passe dans un fil électrique 220 volts alternatif à l'aide d'une  pince en forme de deux demi bobines que l'on serre autour autour du fil. Le champ du fil induit un courant dans la bobine que l'on mesure ensuite.

A l'inverse, il suffit de passer l'extrémité d'un aimant devant un fil conducteur d'électricité pour y créer une tension (voltage), donc un courant si l'on relie les extrémités du conducteur à un appareil utilisateur (récepteur) : le plus sensible est un appareil de mesure ou une diode lumineuse.

Pas la peine d'essayer de faire tourner ainsi un outil électrique ou un appareil ménager  !!  la puissance obtenue est bien trop faible. Mais elle existe. Pour voir un éclat de lumière avec une diode, il faudra tout de même disposer d'un aimant puissant,  assez courant de nos jours : punaises magnétiques, fermetures de rabats divers (porte-monnaie, sacs à main etc.) et d'une bobine de fil (facile à réaliser si l'on dispose d'une grande longueur de fil de cuivre fin isolé).

Note sur la génération de courant par une centrale nucléaire : elle ne produit pas directement de l'électricité, ce serait trop beau, mais de la chaleur. C'est donc de la vapeur qui alimente ensuite turbines et alternateurs classiques.

les dynamos de nos vélos sont des alternateurs !  hélas de piètre qualité. Un rotor aimanté est actionné par la roulette crantée qui frotte contre le pneu.
Ce rotor comprend ici un ensemble de 8 aimants répartis tout autour dont les flux magnétiques "balaient" les fils de la bobine de l'induit, aussi appelé stator par opposition au rotor. Il en résulte la création d'un courant dans cet induit. En réalité, la bobine de l'induit est placée dans une pièce métallique qui  forme également 8 "pôles magnétiques", de sorte que le flux magnétique tournant reçu par l'induit soit plus fort.
En effet, une bobine dans l'air ne concentre pas un flux magnétique qui la traverse, alors qu'une masse métallique ou mieux une ferrite, composée de poudre agglomérée très perméable au magnétisme, concentre fortement ce flux.
Il y a de ces ferrites aux extrémités des câbles d'alimentation ou de raccordement d'appareils électroniques (PC, lecteurs etc.), afin de protéger les tours contre des courants électriques indésirables qui perturberaient la liaison établie. On voit nettement un fort renflement cylindrique près des connecteurs).

Les dynamos et alternateurs exigent un effort mécanique un peu supérieur à la puissance électrique qu'ils délivrent (en raison des pertes dues au frottement et échauffement). Ils sont les seuls à pouvoir produire les très fortes puissances.


Les alternateurs équipent depuis longtemps nos voitures. Leur dimension est de l'ordre de la vingtaine de cm. Autrefois, c'étaient des dynamos, faiblardes et fragiles, aux réglages parfois délicats, affligées d'un collecteur de courant à lamelles et ses deux balais en charbon, l'ensemble assorti d'étincelles destructrices (cas des moteurs à courant continu, dits "série", toujours en service). L'avènement des alternateurs a été un énorme progrès : l'alternateur est plus simple et plus sûr en raison de l'absence de collecteur. Et cerise sur le gâteau, il peut débiter fort, même au ralenti. Il  On a ainsi pu augmenter les équipements électriques et remplacer des assistances mécaniques ou à dépression par de l'électrique (dont l'assistance de la direction).


GIGANTISME

Les plus GROS électroaimants En septembre 2008, le plus grand accélérateur de particules au monde, le Grand Collisionneur de hadrons ou « LHC » est mis en route au CERN*, à la frontière franco-suisse. Situé à l00 mètres sous terre et long de 27 kilomètres, le LHC est le plus grand accélérateur de particules au monde. Il comporte deux tubes sous un vide très poussé dans lesquels sont envoyés les faisceaux de particules. Les faisceaux sont guidés par un puissant champ électromagnétique généré par quelque 1600 aimants. Alignés avec une précision de l'ordre du dixième de millimètre, chacun des 1232 aimants principaux mesure 15 mètres de long et pèse 35 tonnes ! Chose rare parmi les accélérateurs, ces aimants sont supraconducteurs, autrement dit leurs bobinages conduisent l'électricité sans résistance,  jusqu'à 13.000 ampères, ni perte d'énergie. Cette propriété n'apparaît qu'à des températures très basses. Les aimants sont donc placés dans une enceinte dans laquelle circule de l'hélium superfluide*, ce qui permet de les refroidir à - 271,3 °C.  Il faut deux mois pour refroidir un seul des 8 secteurs.  Les équipements ultra complexes font penser à de la science fiction interplanétaire:  en serait-ce réellement ? le coût exorbitant lui, est bien réel.
LE CERN est l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire. "La Recherche OCTOBRE 2009".

Bien moins nombreux, mais 10 fois plus lourds ITER est l'abréviation de "réacteur expérimental thermonucléaire international" (en anglais). Pour obtenir la température de 150 millions de degrés dans le coeur du réacteur, contenant un plasma de noyaux de deutérium et de tritium, et permettre la fusion de se produire, 18 électroaimants supraconducteurs de 360 tonnes chacun, produiront un champ électromagnétique complètement dément. "La recherche" no 437 janvier 2010. Les milliards d'euros s'envolent, 10, puis 20, puis ..on ne sait même pas quel matériau résistera suffisamment pour garantir l'étanché.

Bien moins nombreux, mais 10 fois plus lourds ITER est l'abréviation de "réacteur expérimental thermonucléaire international" (en anglais). Pour obtenir la température de 150 millions de degrés dans le coeur du réacteur, contenant un plasma de noyaux de deutérium et de tritium, et permettre la fusion de se produire, 18 électroaimants supraconducteurs de 360 tonnes chacun, produiront un champ électromagnétique complètement dément. "La recherche" no 437 janvier 2010. Les milliards d'euros s'envolent, 10, puis 20, puis ..on ne sait même pas quel matériau résistera suffisamment pour garantir l'étanché.


Ci-dessous, les gigantesques alternateurs Alsthom pour barrage hydraulique.  le rotor (inducteur) photographié ci-dessous à gauche , possède des bobines alimentées par du courant électrique (aimants permanents sont encore insuffisants pour les fortes puissances). Le courant destiné au transport et parfois à l'industrie nécessite quatre fils : trois fils "actifs" dits de "phase" plus un fil dit "neutre" mis à la terre pour le retour. Les bobinages sont construits en conséquence.

Si le principe de production de courant est simple, tout se complique hélas au niveau du maillage des fils, quel que soit l'engin (générateur ou moteur). La façon dont sont disposés les fils fait penser à du tricot !  et cela pour différentes raisons que l'expérience a peu peu fait découvrir, comme tout ce qui progresse. Il faut en particulier que chaque conducteur baigne au maximum dans le flux produit entre chaque pôles inducteur, éviter que les autres parties du fil câblé ne soient induits par des courants contraires, lutter contre les courants induits parasites, lutter contre les distorsions de champs magnétiques générés par les champs qu'opposent les fils "induits" eux-mêmes etc.

Alternateur géant entraîné par turbine. Ici "l'induit", qui produit le courant électrique sous l'effet du balayage des champs magnétiques produits par le rotor (inducteur).
 

Note : les prises de vue déforment les perspectives (voir Brico 11, photo sur les objectifs).


Le rotor d'alternateur (inducteur) tourne à l'intérieur de l'induit. Composé de pôles ) magnétiques (électroaimant)s), il doit être alimentés en courant électrique. Le rotor émet donc des champs électriques qui tournent avec lui, balayant les conducteurs (fils) de l'induit.

Dossier "La Recherche". Alsthom (Montbéliard). Alsthom est le No1 mondial de l'énergie hydraulique. Ses turbines et générateurs ont été préservés de l'achat par Siemens.

La partie fixe qui entoure le rotor central est celle qui produit le courant. C'est "l'induit" parce que ses conducteurs de cuivre sont balayés par les champs magnétiques du rotor (l'inducteur) qui lui, tourne. Ces courants sont produits - induits par le champ magnétique - dans les fils de cuivre dont on voit les extrémités ici. Tout est géant ici, soit 160 kilomètres de barres de cuivre fermement disposées et fixées entre elles(on ne peut parler de fils, vu la taille !).

 l

Salle des turbines hydrauliques du barrage des Trois Gorges (Chine). 15 sur 26 sont produites par Alsthom. Enchâssées dans le sol, elles sont hautes comme un immeuble de 10 étages. Le diamètre total atteint 21 mètres. Au fond de chaque puit est placée une turbine hydraulique (à ailettes), qui est actionnée par le torrent d'eau du barrage. Au-dessus, elle entraîne de son axe un rotor d'alternateur, entouré de son induit (voir à gauche pour induits et inducteurs).

Ici,une turbine pour le Vietnam

L'alternateur convient parfaitement la production du courant alternatif industriel et domestique (380 et 230 volts), transporté sous haute et moyenne tension (respectivement plusieurs centaines de milliers puis plusieurs dizaines de milliers de volts). Des transformateurs réduisent les tensions dans d'assez bonnes conditions (relative simplicité, bon rendement).


Autres sources d'énergie électrique directes.

Elles sont peu nombreuses et difficile à exploiter, soit par leur très faible puissance soit par leur dispersion. Ajoutons que l'on ne sait pas stocker l'électricité autrement qu'en pompant de l'eau dans un réservoir surélevé ! les batteries et autres condensateurs ont une capacité anecdotiques au regard de la consommation.  On pense tout d'abord aux décharges des éclairs, mais seul un génie de bande dessinée, Géo Trouvetout,  à réussi à les stocker; vient ensuite l'électricité statique, produite par frottement,  ou les différences de champs électrique planétaires (on baigne dedans).  Il y a bien entendu les piles et accumulateurs, et plus surprenant, certains poissons . Il y aurait des chocs sur condensateurs, mais c'est du laboratoire. 
 - Un autre moyen est intéressant à plus d'un titre : la piézoélectricité du quartz (minéral transparent cristallin). Soumis à une forte pression, le cristal de quartz produit une étincelle électrique qui remplace la pierre à briquet sur un allume gaz. On sent bien l'important effort nécessaire qui comprime un petit cristal de quartz entre deux mâchoires. L'intérêt du quartz taillé est également autre : il fonctionne à l'envers et si on lui applique un courant électrique, il réagit mécaniquement en se gonflant ou se comprimant !  pas à l'œil nu, certes, mais il réagit ainsi et si on lui applique un courant alternatif, une troisième propriété apparaît : suivant sa forme, il a une prédilection à se gonfler et se dégonfler au mieux pour une fréquence de courant déterminée. On dit qu'il a une fréquence de résonnance, tout comme une corde de violon ou les suspensions (balançoire, pont suspendu etc). De là à la montre quartz, il n'y a qu'un pas : le quartz régule la fréquence du courant de fréquence très élevée produite par l'électronique à une dizaine de secondes/mois. Montres à quartz avec aiguilles analogiques : les aiguilles sont animées par un moteur pas à pas super miniature. Ce moteur est alimenté par des impulsions électriques produites par un oscillateur électronique "calé" par quartz sur une fréquence de 32.768 hertz (cas d'une Seiko kinetic). On parvient à la seconde par réductions successives de fréquences.

Le quartz régule aussi les fréquences radios, notamment celles des militaires (avions de chasse ou émetteurs récepteurs sol). Ainsi, au lieu de tatouiller un bouton pour accrocher une fréquence d'émission-réception comme autrefois, ou mieux de l'afficher numériquement comme sur nos postes radio en FM, on bascule un interrupteur qui donne immédiatement la fréquence désirée, précise et stable.

Piezo-électricité : au Japon, dans une gare, on tente de récupérer du courant en faisant marcher les gens sur des éléments piézoélectriques ! Poissons : Champs électriques et éclairs. le champ électrique peut atteindre des dizaines de millions de volts, à raison de 12.000 à 20.000 volts par mètre d'atmosphère. Pas étonnant qu'on se sente électrisé !  Ces tensions augmentent encore jusqu'au million de volts par mètre, valeur qui ionise l'air (les atomes perdent leurs électrons (négatifs) qui deviennent libres, l'atome devenant de ce fait positif. A ce moment les décharges (éclairs) se déclenchent, produisant pendant quelques millièmes de seconde seulement, des courants de plusieurs dizaines de milliers d'Ampères et exceptionnellement, 100.000 Ampères. La puissance peut être alors très destructrice.

Un champ électrique existe naturellement dans l'atmosphère par beau temps et nous baignons dedans à raison d'une centaine de volts par mètre de hauteur Sous la douche, le jet d'eau en crée un de 800 volts/ mètre ! ce qui attire le rideau car on est électrisé Note : le réacteur nucléaire est une machine à vapeur et c'est bien là son problème. Il ne produit pas directement d'électricité, pais produit par contre des éléments radioactifs indésirables !!  La chaleur produite est récupérée par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur à gaz, métalloïde ou eau lourde et on obtient au final de la vapeur qui entraînera des turbines, qui entraîneront des alternateurs..
 


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