Michael Faraday et l’induction électromagnétique

L’INTERACTION ENTRE ÉLECTRICITÉ ET MAGNÉTISME

Michael Faraday (1791-1867) est passé à la postérité pour ses travaux fondamentaux dans le domaine de l’électricité, de l’électromagnétisme et de l’électrochimie. La chimie constitue d’abord son champ d’activité, en tant que professeur à la Royal Institution de Londres. Mais en 1820, la découverte de l’interaction entre électricité et magnétisme par le Danois Hans Christian Orsted (1777- 1851) le pousse à une première incursion dans le domaine de l’électricité. En 1821, il effectue sa première grande découverte en électricité, les rotations électromagnétiques continues, qu’il annonce dans la revue de la Royal Institution. Au moyen de deux cuves remplies de mercure, d’aimants cylindriques et de conducteurs de cuivre, il montre que l’action d’un conducteur peut entraîner la rotation continue d’un aimant, et inversement, que l’action d’un aimant peut entraîner la rotation d’un conducteur. Il s’agit respectivement du principe de la dynamo et du principe du moteur électrique!

COURANT ÉLECTRIQUE ET CIRCUIT

Faraday ne revient à ses travaux sur l’électricité que dix ans plus tard, en 1831, pour entamer une série d’expériences qui va assurer sa gloire et fonder l’électricité moderne. Il découvre notamment l’induction électromagnétique, un phénomène physique qui se manifeste par la production d’un courant électrique, dit induit, dans un circuit ne contenant aucun générateur. Il effectue cette découverte en déplaçant un barreau aimanté à l’intérieur d’une bobine, puis en déplaçant un disque de cuivre entre les pôles d’un aimant, coupant ainsi les lignes de force de l’aimant. Il publie ses résultats dans la première série de ses Experimental Researches in Electricity. L’induction électromagnétique vient s’ajouter aux formes de courant électrique connues : l’électricité de frottement, l’électricité de la pile et l’électricité animale (produite par les poissons électriques). Puisque toutes effets identiques, montre Faraday, c’est qu’elles n’en forment en réalité qu’une seule. ces formes produisent des effets identiques monter fa-raday , c’est qu’elles n’en for-ment en réalité qu’une seule.

DYNAMO, BOBINE ET ROTATION

Puisqu’elle permet de passer du champ électrique au champ magnétique et inversement, l’induction électromagnétique est couramment utilisée pour de nombreuses applications. À l’intérieur d’une dynamo de bicyclette on trouve par exemple une bobine de fil entourant un aimant. La rotation de l’axe de la dynamo, lorsque l’on pédale, entraîne celle de l’aimant à l’intérieur de la bobine. Il s’ensuit un champ magnétique variable qui induit un courant dans la bobine grâce au phénomène de l’induction électromagnétique. Plus l’on pédale vite, plus la rotation est rapide et plus le phare brille. Les transformateurs que l’on trouve dans le bloc d’alimentation des appareils électriques fonctionnent aussi sur l’induction : le champ électrique variable d’une première bobine entraîne l’oscillation du champ magnétique d’un aimant, ce qui induit un courant dans une seconde bobine. Comme la magnitude du courant induit dépend du nombre de spires dans la bobine, on peut ainsi ajuster le courant sortant.

LA CAGE DE FARADAY

Faraday est un autodidacte. Entré comme apprenti chez un relieur, il a pu lire de nombreux ouvrages scientifiques de référence sur l’électricité ou sur la chimie, assister à des conférences publiques sur la science, puis réaliser ses premières expériences dans l’arrière-boutique de son patron. Ces années de formation expliquent que lui-même a cherché par la suite à vulgariser les sciences et les techniques en créant des conférences destinées aux jeunes gens à la Royal Institution, qu’il préparait et assurait en personne. Elles permettent aussi sans doute de comprendre pourquoi Faraday est resté dans l’histoire des sciences comme un expérimentateur hors pair. Sa « cage » est restée célèbre : Faraday s’enfermait dans une cage métallique soumise à de fortes décharges électriques afin de démontrer que l’électricité restait à la surface des conducteurs. Aucune charge cage et les charges placées à I d’effet à l’extérieur.

CORPS PARAMAGNETIQUES OU CORPS DIAMAGNÉTIQUES?

Après avoir unifié l’électricité, Faraday s’intéressa aux interactions possibles entre lumière et électricité. Il chercha à agir sur la lumière à l’aide d’un champ électrique, sans succès. Il réussit par contre à montrer l’effet du magnétisme sur la lumière, baptisé l’effet Faraday : si un verre au plomb était soumis à un électroaimant puissant, une rotation du plan de polarisation de la lumière traversant le verre se produisait, ce qui prouvait ainsi que la force magnétique et la lumière avaient des relations mutuelles. Il montra aussi que le magnétisme agissait sur toutes les substances en les attirant (on parle alors de corps paramagnétiques) ou en les repoussant (corps dia- magnétiques). Il envisagea également dans ses écrits la propagation de la lumière comme le résultat d’une vibration transversale des lignes de force reliant entre elles des particules de matière. James Clerk Maxwell (1831-1879) y vit une anticipation de sa propre théorie électromagnétique de la lumière.

EN RÉSUMÉ

Le physicien et chimiste britannique Michael Faraday (1791-1867) a réalisé un grand nombre de découvertes fondamentales qui sont à la base de la technologie électromagnétique moderne. Après avoir mis en évidence la rotation électromagnétique, il découvrit le phénomène de l’induction électromagnétique, puis l’effet Faraday, et entrevit que la lumière était un phénomène électromagnétique. Autodidacte, Faraday est passé à la postérité comme expérimentateur de génie et vulgarisateur de talent, ainsi qu’en témoigne la célèbre cage de Faraday.

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