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Courants de Foucault

Courants de Foucault

Les courants de Foucault sont les courants induits dans des masses de métal conducteur immergées dans un champ magnétique variable ou qui, en mouvement, traversent un champ magnétique constant ou variable. Dans tous les cas, c’est la variation du flux magnétique qui génère ces courants. Le phénomène a été découvert par le physicien français Jean Bernard Léon Foucault en 1851.

En haute fréquence: utilisation de noyaux avec des matériaux magnétiques à faible conductivité électrique (comme la ferrite).

Les courants de Foucault créent des pertes d’énergie par effet Joule. Plus spécifiquement, ces courants transforment des formes d’énergie utiles, telles que la cinétique, en chaleur non désirée, de sorte qu’il s’agit généralement d’un effet inutile, voire nuisible. En même temps, ils réduisent l'efficacité de nombreux appareils utilisant des champs magnétiques variables, tels que les transformateurs à noyau de fer et les moteurs électriques. Ces pertes peuvent être considérablement réduites.

Description du phénomène des courants de Foucault

Les courants de Foucault sont causés par le mouvement (ou la variation) du champ magnétique qui passe à travers un conducteur. Le mouvement relatif génère la circulation des électrons, c'est-à-dire du courant, dans le conducteur, selon la loi de Faraday. Ces électrons, se déplaçant en tourbillons, génèrent à leur tour un champ magnétique dans le sens opposé à la variation du champ magnétique appliqué (voir loi de Lenz). Le phénomène est accentué:

  • avec l'augmentation du champ magnétique appliqué (s'il est sinusoïdal du carré de l'amplitude)
  • Avec l'augmentation de la conductivité du conducteur traversée par le champ magnétique.
  • Avec une vitesse relative croissante entre le champ magnétique et le conducteur.
  • si le champ magnétique est périodiquement variable avec l'augmentation de sa fréquence (s'il est sinusoïdal avec une loi proportionnelle au carré de la fréquence)

Dans ce cas, plus l'intensité des courants de vortex qui se développent est grande et plus le champ magnétique qu'ils génèrent est puissant (et s'oppose au champ magnétique d'origine).

Le courant qui se développe dans le conducteur a une forme rotative car les électrons sont soumis à la force de Lorentz, qui est perpendiculaire à la direction des électrons en mouvement. Par conséquent, ils tournent vers la droite ou vers la gauche, en fonction de la direction du champ appliqué et de la variation croissante ou décroissante du champ. La résistivité du conducteur atténue ces courants.

Les courants de Foucault génèrent des pertes d’énergie lorsque le conducteur est chauffé (effet Joule). Ce phénomène dans de nombreuses applications est négatif car cette génération de chaleur n’a aucun effet utile. Par exemple, une diminution du rendement est déterminée dans les transformateurs et les moteurs électriques.

Ces pertes peuvent être atténuées en choisissant un noyau magnétique à faible conductivité (par exemple: ferrite, acier au silicium) ou en subdivisant le noyau magnétique en couches minces isolées électriquement (laminage). De cette façon, les électrons ne peuvent pas traverser la couche isolante entre les laminations et la zone délimitée par leur chemin est réduite.

Ainsi, plus le nombre de stratifications par unité de surface est grand, parallèlement au champ magnétique appliqué, plus la réduction des courants dispersés est importante. Les pertes actuelles de parasites ne sont pas toujours un phénomène indésirable.

Applications actuelles de Foucault

  • Le frein magnétique utilisé dans les trains et les attractions des parcs d'attractions. Dans le premier cas, lors du freinage, un champ magnétique est appliqué à la roue en métal par un électroaimant qui génère les courants de fuite dans la roue. Ces courants trouvent une résistance à traverser le métal dégageant de la chaleur, ce qui augmente les frottements et permet un freinage plus intense avec moins de risque de patinage des roues sur les pistes. Dans le second cas, des aimants permanents sont utilisés, à travers lesquels passe une lame en métal bon conducteur (cuivre ou aluminium).
  • Recyclage des déchets: il sert à séparer les canettes d'aluminium, induisant un champ magnétique à l'intérieur de celles-ci.
  • Supraconducteurs. Les supraconducteurs génèrent des courants sans pertes. Les courants de diffusion produits sont égaux et opposés au champ magnétique externe, ils sont donc nuls, ce qui permet la lévitation magnétique.
  • Tests structurels non destructifs (CND)

     

    Les courants de dispersion sont couramment utilisés pour les essais non destructifs et pour examiner les défauts d'un grand nombre de structures métalliques, par exemple: échangeurs de chaleur, fuselages et autres pièces structurelles d'aéronefs.
  • Générer de la chaleur dans les fours à induction.
  • Cuisinières à induction.
  • Systèmes électroniques de reconnaissance monétaire (distributeurs automatiques).
  • Microphones dynamiques.
  • Capteurs de proximité.
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Dernier examen: 27 novembre 2018

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