Loi induction électromagnétique
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La loi d’induction électromagnétique (Faraday-Lenz) stipule que toute variation du flux magnétique à travers un circuit induit une tension qui s’oppose à la variation à son origine. Elle est à la base du transformateur, du moteur asynchrone, des relais, des plaques à induction et de tous les équipements qui convertissent énergie électrique et énergie magnétique sans contact galvanique.
Manifestations pratiques de l’induction électromagnétique
| Équipement | Mécanisme d’induction | Paramètre de réglage / vérification |
|---|---|---|
| Transformateur | Couplage par induction → adaptation tension sans contact galvanique | Rapport de transformation n = N₁/N₂ = U₁/U₂ à vide |
| Moteur asynchrone | Champ tournant statorique → courants induits rotoriques → couple mécanique | Glissement g = (ns − n) / ns × 100 % (quelques pour cent en charge nominale ; la vitesse nominale figure sur la plaque) |
| Relais électromagnétique | Bobine + noyau → attraction armature → commutation contacts | Tension minimale d’attraction et tension de retombée, données par la fiche technique du relais |
| Compteur Ferraris (anciens modèles) | Disque aluminium freiné par courants de Foucault induits | Vitesse de rotation proportionnelle à la puissance active consommée |
| Cuiseur à induction | Champ alternatif haute fréquence → courants de Foucault dans le fond de casserole → échauffement direct | Fréquence de travail élevée, très au-dessus des 50 Hz du réseau ; récipient à fond ferromagnétique |
Courants de Foucault : pertes et protections
Les courants de Foucault sont des courants induits en boucle dans un matériau conducteur soumis à un flux magnétique variable. Ils sont à double tranchant :
- Effet souhaité : chauffage par induction (plaque de cuisson, four industriel), freinage (disques de frein Ferraris, amortisseurs magnétiques).
- Effet parasite : pertes dans les noyaux des transformateurs et moteurs, échauffement des enveloppes métalliques traversées par des champs magnétiques puissants.
Pour limiter les pertes Foucault dans les noyaux magnétiques, on utilise des tôles feuilletées (laminage) : chaque tôle est isolée des voisines par un vernis ou un oxyde, ce qui coupe les trajets des courants induits. À haute fréquence (alimentations à découpage), le feuilletage classique devient insuffisant et on utilise des ferrites (oxydes céramiques magnétiques non conducteurs, Foucault quasi nuls) ou des matériaux composites (poudre de fer + résine isolante).
L’induction électromagnétique intervient aussi dans la protection des personnes. L’interrupteur différentiel détecte le courant de défaut par induction dans un tore magnétique que traversent les conducteurs actifs : le courant de fuite crée un déséquilibre de flux dans le tore → tension induite → déclenchement. Les liaisons équipotentielles limitent les différences de potentiel dues aux tensions induites dans les masses métalliques proches de circuits parcourus par des courants variables.
Une plaque à induction ne chauffe que les récipients en matériau ferromagnétique (acier inoxydable magnétique, fonte, acier émaillé). Un récipient en aluminium, cuivre ou verre ne chauffe pas sur une plaque domestique : ces matériaux ne sont pas ferromagnétiques (perméabilité magnétique relative µr ≈ 1). Test simple : un aimant adhère aux casseroles compatibles induction.
Questions fréquentes sur la loi d’induction électromagnétique
Pourquoi les câbles d’alimentation des moteurs doivent-ils être éloignés des câbles de signaux dans une armoire industrielle ?
Le courant alternatif dans un câble de puissance crée un champ magnétique variable. Par induction (loi de Faraday), ce champ peut induire une f.é.m. parasite dans un câble de signal voisin, proportionnelle à la surface de la boucle formée entre les deux câbles et à la fréquence. La NF C 15-100 demande que les réseaux de puissance et de communication cheminent dans des conduits ou des compartiments distincts, et les constructeurs de variateurs ajoutent leurs propres règles (chemins de câbles séparés, câbles blindés) pour réduire ce couplage inductif.
Comment fonctionne le relais différentiel de protection d’un transformateur HTA/BT ?
Le relais différentiel compare les courants aux bornes primaires et secondaires du transformateur via des transformateurs de courant (TC). En fonctionnement normal, la somme vectorielle des courants ramenés au même rapport est nulle. En cas de défaut interne (court-circuit d’enroulement), un déséquilibre apparaît : le courant différentiel (If = I₁/n − I₂) dépasse le seuil de déclenchement et le relais envoie un ordre d’ouverture. L’induction est au cœur du dispositif à deux titres : les TC mesurent par induction, et le défaut se traduit par une modification du flux dans le transformateur.
Peut-on induction-chauffer une pièce en aluminium ?
Oui, mais avec un générateur HF spécifique. L’aluminium n’est pas ferromagnétique (µr ≈ 1), donc les pertes magnétiques (hystérésis) sont nulles. En revanche, les courants de Foucault existent dans tout conducteur (pertes resistives ∝ I²R). Il faut une fréquence et une puissance adaptées au métal et à la taille de la pièce : c’est ce que font les fours à induction industriels, conçus pour cela.
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