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Cette page: Electromagnétisme.      (bas)  

English




Toute bobine alimentée par un courant continu crée deux pôles magnétiques opposés de signes   +   et  -  

Le signe de ses pôles (polarités) dépend du sens du courant électrique dans la bobine.
Toute bobine alimentée par un courant alternatif crée deux pôles magnétiques opposés qui changent de polarité en concordance avec le sens du courant.   +   et  -    puis   -   et  +    puis à nouveau  +   et  -   et ainsi de suite.

Avec le courant domestique 220 volts (227 nominal), les polarités changent 50 fois par seconde.


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 N (nord) de la bobine correspond au sens du flux magnétique, ici dirigé selon la flèche blanche, et créé par le courant électrique circulant dans le sens de la sens flèche rouge.

L'ensemble des mouvements rotation et translation, correspond à la progression d'un tire-bouchon. Ce pôle N (nord) induit un pôle S (sud, en blanc) sur la tige de fer proche,  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).

Champs produits par les bobines.

Les facteurs qui influent : tout d'abord, le nombre de spires (tours de fil de cuivre), puis l'intensité du courant qui circule dans les spires. viennent ensuite diamètre et 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.

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

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 induit 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.

ces courants naissent comme tout en opposants au changement, et uniquement pendant ce changement. Comment s'opposent-ils ? en créant (induisant) un un champ magnétique inverse !
Et à cet instant, ce qui paraissait si simple se complique..
  car cela entraîne de l'échauffement, des distorsions de champ magnétique et autres parasitages contre lesquels il faut lutter (ou utiliser).

L'opposition au changement crée donc champ inverse - une contre manifestation - qui va retarder l'établissement du courant initial. C'est la self induction".

Et cela se produit également lors de la coupure du courant, ou l'on retrouve la même opposition (inertie), mais cette fois pour un courant qui ne veut pas se laisser couper. Cela provient encore de ce champ magnétique. . Analogie hydraulique, le coup de bélier dans les tuyaux lorsqu'on ferme brutalement un robinet (la masse d'eau "courante" ne peut pas être stoppée net).

Cette self induction a pour conséquence de freiner toute variation de courant que l'on que l'on imposerait et au pire, pour toute coupure, de générer des étincelles sur les contacts électriques ! que se passe-t-il alors ? au moment de la coupure du courant, qui renâcle comme on le sait, la tension augmente comme par magie. C'est le phénomène de "l'extra courant de rupture". PRECISION : il s'agit toujours d'un courant "de bobine" qui crée un champ magnétique.

Nuisible et Utile. Cet extra courant haute tension est nuisible par les dégâts qu'il cause - métal fondu) - il faut en protéger les disjoncteurs forte puissance, qui "soufflent" l'étincelle par effet de cheminée.
Cet extra courant haute tension est extraordinairement utile pour l'allumage des moteurs. Tous les moteurs essence du monde utilisent cette étincelle, éclatant sur les électrodes de bougies, grâce à une bobine magnétique, dite de "Ruhmkorf". Le savant qui en avait ainsi démontré l'existence en amusant les foules à l'époque où la science émerveillait.

Allumage électronique. Il n'a rien d'électronique car c'est toujours une bobine magnétique à double enroulements qui crée l'extra courant de 20/30.000 volts sur les bougies ! L'électronique gère seulement - avec précision et surtout sans contact - l'établissement et la coupure du courant.


Notions sur les pôles et circuits magnétique. Un pôle magnétique est l'extrémité d'une bobine avec ou sans noyau. Il y en a souvent un, ou plusieurs (de même polarité), avec une armature métallique. Ce noyau peut être en fer, alliages de métaux, ou poudres équivalentes comprimées plus performantes (flux produit considérablement augmenté (permalloy, ferrites..).

Noyau et circuit magnétique: photo ci-contre, contacteur avec sa bobine jaune-orangé, (derrière le mot bobine). On voit 'extrémité du noyau en fer rond qui dépasse un peu (flèche). Le courant électrique crée un flux magnétique qui se concentre dans le noyau de la bobine, puis dans l'armature métallique qui l'entoure, car l'autre extrémité du noyau est soudée dessus.
Si l'extrémité visible du noyau est un pôle + , sa base est un pôle - , polarité que l'on retrouve donc sur la carcasse ouverte qui entoure le pôle +
Dès lors, le flux magnétique, qui ne demande avidement qu'à se refermer sur lui-même (en boucle), va attirer la plaque articulée (armature mobile), dont l'épaisseur est soulignée de jaune. Une fois le circuit magnétique refermé, les deux traits jaunes ne font plus qu'un.
Lorsque le courant est coupé, l'armature métallique de ce contacteur ne doit pas laisser persister le magnétisme (sa "rémanence" doit être très faible).

ENTREFER. C'est l'espace d'air laissé entre les deux pôles opposés d'un circuit magnétique ouvert. Il est généralement limité au minimum pour éviter les pertes magnétiques, et pour préserver l'action forte du magnétisme qui ne s'exerce qu'à courte distance. voir "magnétisme"
Un circuit magnétique peut être constitué de fer ou, c'est très tendance, de poudres comprimées bien plus "perméables" qui augmentent considérablement le flux (permalloy, ferrites..). A l'inverse, d'autres métaux ou poudres comprimées doivent conserver le magnétisme (aimants permanents). voir "magnétisme"



Le contacteur est utilisé pour établir un courant électrique à distance, au plus près de l'utilisation; par exemple pour démarrer un moteur ou allumer des lampes..). Plus généralement, son intérêt est d'établir un puissant circuit électrique à partir d'un petit bouton et de fils électriques fins : c'est une télécommande filaire. Le puissant démarreur d'un moteur de voiture - qui peut faire avancer la voiture - est alimenté par l'intermédiaire d'un contacteur "relais", situé près du démarreur. Ce relais est relié à la clé de contact par des fils électriques fins. Si non, les gros fils entre batterie et démarreur devraient passer par la clé de contact, munie d'un gros contact, ce qui est bien plus encombrant, compliqué et coùteux.

Electro-aimants. La force de l'électro-aimant dépend de l'intensité du courant, de l'importance de la bobine, et de la capacité du noyau à concentrer les lignes de force magnétiques. L'importance de la bobine est liée à son nombre de tours de fils (nombre de spires) et à l'intensité du courant qui peut la parcourir. Ces conditions ont naturellement un impact sur la taille puisque, pour faire passer un courant important; il faut accroître le diamètre des fils de cuivre.



Le TRANSFORMATEUR de courant électrique.


Il ne fonctionne qu'avec du courant alternatif ou en courant pulsé car le flux magnétique doit varier cycliquement.
Sans lui que ferions nous ? il y en a partout. Les 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 pour les éclairages halogènes de petite puissance (10 à 50 watts).

Sécurité. Il devrait y en avoir dans les salles de bains pour le rasoir électrique et le sèche cheveux (cas des hôtels), bien que danc ce cas, la tension ne soit pas changée (rapport 1); mais il supprime le lien avec le sol. Pour la même raison de sécurité, il est obligatoire dans les locaux humides, alimentés en 24 volts.

Il y en dans tous les équipements électroniques, radios, chaînes HIFI etc, pour leur alimentation, y compris dans les postes de radio, anciens et modernes, et de minuscules pour de hautes fréquences radio car il faut y modifier des rapports de puissance ou de tension. Il s'agit dans ce cas de courants extrêmement faibles.

Caractéristiques du transformateur. On nomme respectivement B1 et b2 les deux bobines qui le composent. Ces deux bobines sont traversées par un même flux magnétique.
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. La puissance transmise étant conservée, le rapport des tensions est équilibré par un rapport inverse des intensités, soit une tension élevée avec une faible intensité sur B1, et une tension faible avec intensité élevée sur B2.

- La puissance produite est liée au flux produit, donc à n (nombre de spires (tours), et i l'intensité de courant (leur produit - multiplication - est nommé ampère-tour). 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 fonctionnement du transformateur est symétrique : Cas courant d'un transfo 230v/12v : si l'on applique du 12 volts au secondaire, on obtiendra du 230 volts au primaire (il abaisse ou élève la tension du courant), mais on comprend bien que si l'on inversait les tensions pour appliquer du 230 sur le circuit secondaire B2, on obtiendrait du 4400 volts sur B1 !! ce qui provoquerait probablement des claquages d'isolants, de l'un ou des deux côtés. On suppose que le transformateur est à vide (non raccordé à un appareil), autrement bonjour les dégâts (surintensité, surtension.. (près de 20 fois supérieures).


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).

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"
Si le transformateur était parfait, il n'y aurait pas de perte de puissance entre le primaire (fil long et fin) et le secondaire (fil court et gros), ce qui signifie que le rapport des nombres de tours primaire/secondaire serait applicable aux tension et intensités respectives dans le rapport de 12 à 220, soit un peu moins de 20. Danc ce cas de perfection, si le primaire consomme 1 Ampère sous 230 volts, on pourrait débiter un peu moins de 20 Ampère sous 12 volts au secondaire.
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 220 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 bobine 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 un groupe de 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.

Transport et distribution du courant alternatif.
Le transformateur est un élément essentiel pour le transport  et la distribution du courant électrique industriel et domestique (réseaux électriques très haute, 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 220 volts est malheureusement trop élevée et dangereuse d'autant qu'il y a retour par le sol. Autrefois, le 110 était bien mieux adapté, et cette tension est toujours utilisée aux USA.

Le transformateur est-il "une espèce "en voie de disparition", comme tout ce qui est plus ou moins mécanique en audio vidéo ?
Je possède de petites lampes halogène de 20 watts 12 volts qui fonctionnent sur le secteur 220 volts sans transformateur d'alimentation (seulement un petit circuit électronique de type variateur, mais avec double triac). Disparue de la vente (Allemagne), je n'en trouve plus. D'ordinaire, une lampe halogène de 12 volts est assortie d'un transformateur réducteur de tension 220/12v, soit un bloc noir directement enfichable. Variateurs 220V. Il existe deux types de variateurs, l'un pour les lampes 220 v résistives (normales), l'autre pour les circuits 220 volts inductifs - traduisons pour appareils avec bobinages tels que moteurs ou transformateurs - cas des ampoules halogènes 12 volts.
Un variateur est composé d'un élément électronique de puissance, le triac, qui est piloté par un diac, lequel relaie au triac l'action du curseur ou de la molette de réglage. Le cas de ma lampe - sans variateur ni tranformateur, est unique, d'autant que le tout petit boitier ne chauffe pas du tout ! toutes les autres lampes basse tension (12 v), ont un transformateur. Il semble que le courant soit bien contrôlé par une sorte de variateur fixe, si l'on peut dire, ce qui serait étonant car un tel montage n'empêche pas les pics de tension du secteur 22O V alternatif sur l'ampoule halogène, pics qui atteignent en réalité 320 volts, car la valeur 220 (227v nominale EDF), est une valeur moyenne efficace, équivalente à un courant continu de même valeur.
Pour imaginer la disparition du transformateur, je m'appuie, à tort ou à raison, sur l'exemple de mes petites lampes 12 volts sans transformateur mais aussi sur les prouesses technologiques en matière d'électronique, dont les alimentations à découpage ou bien mieux encore, sur l'exemple du passage de la haute tension en souterrain sous un sommet des Pyrénées, avec transformation du courant alternatif en courant continu et vice et versa ! L'électronique et la bionique apporteront ce que l'on ne peut imaginer aujourd'hui.




Magnétisme et Electromagnétisme

L'EXEMPLE QUI SUIVENT EST PEDAGOGIQUES, toute cette mécanique ayant disparu ou étant en passe de l'être. Mais l'historique disque dur de PC, présenté ici fait de la résistance !!
Aimant et champ électromagnétique en électronique.
 Photo ci-contre, bras de tête de lecture de disque dur de PC pivotant autour d'un axe (fin trait vertical rouge), qui lui permet de balayer la surface du disque dur du bord vers le centre. Ce bras, qui pivote autour d'un axe (trait rouge), comporte une bobine plate trapézoïdale (fil vert), laquelle assure un positionnement ultra précis grâce à l'action combinée de deux aimants en arc de cercle entre lesquels elle peut osciller. Note: j'ai mis un adhésif rouge dessus. L'ensemble est très, très rigide car la précision de placement du stylet est extrême : un tel disque peut comporter 2400 milliards de points magnétiques élémentaires, et bien plus encore ! on fait actuellement (2011) trois ou quatre fois plus, on parle alors de un tera-octets soit 1000 giga). Cette magnétisation des points et leur lecture s'effectue 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 au maximum à la vitesse de 7200 tours minute, mû par un petit moteur.

Disque. Le disque est totalement insensible à l'aimantation, mais il comporte de microscopiques zones magnétiques "implantées" très régulièrement sur toute sa surface. Les micro-points aimantables/désaimantables sont actuellement disposés nord/sud à l'horizontale, mais on songe à les mettre en position verticale, cest à dire dans l'épaisseur du disque pour gagner de la place.




L'électromagnétisme et ses applications.

Il a tout d'abord été une simple curiosité scientifique qui permettait d'ébahir les visiteurs !
- La première télécommunication. Elle a 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 électro-aimant. Equipé d'un stylet, l'électro-aimant 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'électro-aimant qui fait vibrer une membrane. Les 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 (dont de vélo..), puis l'alternateur - des spires de cuivre tournent dans un champ magnétique - ont permis de produire du courant alternatif e plus en plus puissant.   Il y a eu des minuteries de cage d'escalier (un balancier était lancé par une tige "aspirée" dans une bobine de fil électrique). La sonnerie du téléphone ou des gares ont été tributaire de l'électro-aimant, animé par le courant alternatif du secteur. De même fonctionnent encore quelques gongs et carillons de porte.
Puissance motrice.Les moteurs ont révolutionné la société, dans les usines (machines outils plus souples), le transport (trains, téléphériques..), ascenseurs.. Entre temps, le motor est soumis au numérique (commande par impulsions), pour les positionnements précis (imprimantes, robotique..), ou devenu linéaire pour les trains à sustentation électromagnétique, pour les ascenseurs des hyper tours, ou ..les rasoirs électriques (un japonais).
L'usage de l'électromécanique n'a cessé de s'étendre : manutention par grues (ferrailleurs) avec de gros électro-aimants, machines industrielles. 

Commandes et télécommandes, mesure Vannes, écluses, fermetures de serrure. Télécommandes de modèles réduits (avions, voiture..) et déclanchements divers (éclairage, signalisation, mise à feu;). Serrures de portes d'immeubles
(électro-magnétisme "inversé" : pour ouvrir, un "contre champ" démagnétise temporairairement l'aimant de fermeture). Les moteurs Moteurs miniatures en photographies (appateils photo), mesures . Toutes télécommandes et commutations diverses en télécommunications, energie, industrie, SNCF, avions (à commandes électriques), tout un monde.
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, comme une partie du rayonnement solaire.

 - Domaine médical La résonance magnétique (l'IRM consiste à produire des impulsions magnétiques très intenses - on entend des coups sourds - qui orientent les électrons d'hydrogène de l'eau) et pour traiter la douleur, la 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.


Une hypothèse ? 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, principalement situées pour nous dans le cerveau, ls poignets, doigts, genoux; Notre verveau contiendrait jusqu'à 5 millions de particules centimetre cube, (4 à 70 nanogrames par chair d'un cerveau. Ils agiraient comme un nanoscopique compas.

- 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 hélas, d'un moment à l'autre. Mais sur un point précis connu  pour avoir un ruissellement souterrain proche j'ai vu, lors d'un exercice, mes deux tiges se rapprocher; action renouvelée à plusieurs passage. C'est très étonnant.

- Le domaine scientifique utilise les plus gros et les plus nombreux aimants jamais construits pour piéger l'improbable, "chacun des 1... aimants principaux mesure 15 mètres de long et pèse 35 tonnes" voir le CERN.



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 électro-aimants 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 électro-aimants 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 (électro-aimant)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 !).

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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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