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Courants de Foucault
Les courants de Foucault sont un phénomène électrique se produisant lorsqu’un conducteur (métal) traverse un champ magnétique variable. Ce mouvement relatif provoque une circulation d’électrons, ou courant induit, à l’intérieur du conducteur. Ces courants circulaires de Foucault créent des électroaimants avec des champs magnétiques qui s’opposent à l’effet du champ magnétique appliqué.
Les courants de Foucault et les champs contraires ainsi générés sont d’autant plus forts que
- le champ magnétique appliqué est élevé, ou
- que la conductivité du conducteur est élevée, ou
- que la vitesse relative de mouvement est élevée.
Pour une démonstration pratique des courants de Foucault, on utilise des aimants cylindriques que l’on laisse tomber verticalement dans un tube de cuivre ou d’aluminium. On peut observer expérimentalement que la force qui s’oppose au poids est proportionnelle à la vitesse de l'aimant. L’expérience est illustrée sur le dessin ci-joint :
Supposons que l’aimant cylindrique descend avec son pôle Nord (couleur rouge) en avant et son pôle Sud (couleur bleue) en arrière. Dans un aimant, les lignes du champ magnétique vont du pôle Nord vers le pôle Sud.
Au cours de la descente de l’aimant, le flux du champ magnétique s’accroît dans la région proche du pôle Nord de l’aimant. Dans le tube, il apparaît alors un courant induit ou courant de Foucault, qui s’oppose à l’augmentation de flux, selon le sens indiqué sur la première figure.
La figure suivante montre l’équivalence entre courants (spires ou solénoïdes) et aimants, de sorte que le courant induit devant le pôle Nord équivaut à un aimant de polarité opposée, aussi se repoussent-ils. Cependant, le courant induit à l’arrière de l’aimant a la même polarité, c’est pourquoi ils s’attirent. Les deux courants génèrent une force (f) qui freine le mouvement de chute de l’aimant.
Le principe des courants de Foucault est appliqué aux freins dynamiques des camions, un type de frein dont sont aujourd’hui équipés la plupart des poids lourds. Leur grand avantage est qu’ils fonctionnent sans contact, et donc sans usure. Sur ces dispositifs, des disques solidaires de l’arbre de transmission tournent entre des électroaimants alimentés par une batterie. Pour freiner, un courant travers les électroaimants. Plus la vitesse du véhicule est élevée, plus les disques tournent rapidement entre les électroaimants, et plus le freinage est efficace ; pour cette raison, ils sont parfaits pour les descentes. En revanche, leur efficacité diminue avec la vitesse, et disparaît à l’arrêt : pour cette raison, l’installation de freins mécaniques est également nécessaire, pour les marches lentes.
Une application industrielle des courants de Foucault est le motovariateur. On l’utilise généralement lorsque de grandes prestations et puissances de variation de vitesse sont requises sur un moteur électrique, car il s’agit de la variation de vitesse en courant alternatif la plus robuste et la plus fiable du marché. Le motovariateur est un équipement à couplage magnétique par courants de Foucault, dans lequel le moteur transmet la totalité du couple à l’axe de sortie. Le couple est même maintenu au démarrage du moteur. Cette transmission est totalement exempte d’engrenages et de frottements. Pour cette raison, elle est utilisée dans la perforation de puits de pétrole, par exemple. Si l’axe qui est en train de perforer se bloque en arrivant sur une strate plus dure, le moteur ne souffre pas dans la mesure où il n’y a aucune connexion directe avec des engrenages.
Les courants de Foucault sont générés par induction dans des pièces métalliques croisant le tambour inducteur d’un séparateur de métaux NON ferreux à courants de Foucault. Une force de répulsion opposée à l'effet du tambour inducteur apparaît ainsi, permettant un mouvement en avant et donc une séparation du reste des matériaux qui ne sont pas influencés et tombent suivant une trajectoire naturelle parabolique.
