induction électromagnétique carte mentale

Comprendre le sujet

L'induction électromagnétique est le phénomène par lequel une variation de flux magnétique à travers un circuit engendre une force électromotrice. Découverte par Michael Faraday en 1831 et formalisée aussi par Heinrich Lenz, elle repose sur la loi de Faraday et la loi de Lenz, qui précise le sens des courants induits. Ce principe fonde le fonctionnement des générateurs, transformateurs, plaques à induction et de nombreuses technologies électriques modernes.

Le mécanisme physique de l'induction
L'induction électromagnétique repose sur une idée centrale : seule la variation du flux magnétique à travers un circuit crée une force électromotrice. Le flux dépend du champ magnétique, de la surface balayée et de l'angle entre eux ; faire bouger un aimant, tourner une spire ou modifier un courant voisin suffit donc à induire une tension. Si le circuit est fermé, cette tension fait circuler un courant. Lorsque rien ne varie, le flux peut être intense sans produire aucun effet : c'est la variation, et non l'intensité du champ, qui est la cause du phénomène observé par Faraday en 1831.

Faraday et Lenz : deux lois complémentaires
La loi de Faraday quantifie le phénomène : la force électromotrice induite est égale à l'opposé de la dérivée du flux magnétique par rapport au temps, e = −dΦ/dt. La loi de Lenz, énoncée par Heinrich Lenz en 1834, précise le sens : le courant induit s'oppose toujours à la cause qui lui donne naissance. Ce signe négatif traduit la conservation de l'énergie : si le courant induit favorisait la variation au lieu de s'y opposer, on obtiendrait une amplification gratuite de l'énergie, ce qui est impossible. Les deux lois se complètent donc, l'une donnant l'amplitude, l'autre l'orientation du phénomène.

Des expériences aux applications industrielles
L'expérience fondatrice de Faraday consiste à plonger un aimant dans une bobine reliée à un galvanomètre : l'aiguille ne dévie que pendant le mouvement de l'aimant, puis revient à zéro une fois celui-ci immobile. Ce caractère transitoire distingue l'induction d'un simple courant continu. Ce principe anime aujourd'hui la plupart de la production électrique : dans un alternateur, une spire tourne dans un champ magnétique, si bien que le flux varie continûment et produit une tension alternative. Les transformateurs, quant à eux, transfèrent l'énergie entre deux circuits grâce à la variation du courant du primaire, sans aucune pièce mobile.

Courants de Foucault et auto-induction
Dans un conducteur massif soumis à un champ variable, les courants induits forment des boucles appelées courants de Foucault. Ils provoquent un échauffement par effet Joule, mis à profit dans les plaques à induction, et permettent des freinages sans contact dans certains véhicules et instruments de mesure. Pour limiter leurs pertes, on utilise des matériaux feuilletés qui fragmentent ces boucles. Par ailleurs, une bobine parcourue par un courant variable induit une tension sur elle-même : c'est l'auto-induction, décrite par e = −L di/dt, où l'inductance L, exprimée en henrys, mesure cette opposition aux variations du courant.