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courants électriques créés dans un conducteur par induction électromagnétique De Wikipédia, l'encyclopédie libre
Pour les articles homonymes, voir Foucault.
On appelle courants de Foucault (en anglais : eddy currents, courants tourbillonnaires) les courants électriques créés dans une masse conductrice, soit par la variation au cours du temps d'un champ magnétique extérieur traversant ce milieu (le flux du champ à travers le milieu), soit par un déplacement de cette masse dans un champ magnétique. Ils sont une conséquence de l'induction électromagnétique.
Les courants de Foucault sont responsables d'une partie des pertes (dites pertes par courants de Foucault) dans les circuits magnétiques des machines électriques alternatives et des transformateurs. C'est la raison pour laquelle les circuits magnétiques sont constitués de tôles feuilletées afin de limiter ces courants et les pertes par effet Joule qui en découlent, ce qui améliore le rendement global des transformateurs.
Ce phénomène a été découvert par le physicien français Léon Foucault en 1851, de qui il tire son nom[1].
Le champ magnétique variable au cours du temps est responsable de l'apparition d'une force électromotrice à l'intérieur du milieu conducteur. Cette force électromotrice induit des courants dans la masse. Ces courants ont deux effets :
Lorsque la variation de flux est due à un déplacement du milieu devant un champ magnétique constant, les courants de Foucault sont responsables de l'apparition de forces de Laplace qui s'opposent au déplacement, d'où l'effet de freinage observé sur les systèmes utilisant ce genre de dispositif.
La puissance perdue par unité de masse (W/kg) du fait des courants de Foucault dans un matériau de résistivité r d'épaisseur et soumis perpendiculairement à un champ magnétique d'amplitude (induction magnétique) variant de façon sinusoïdale au cours du temps avec une fréquence est donnée par la relation suivante :
où k est une constante valant 1 pour une tôle mince et 2 pour un fil fin, et est la masse volumique du matériau (en kg/m3).
Pour un circuit magnétique composé d'un empilage de tôles, il convient d'ajouter un coefficient de remplissage inférieur à 1 : une partie du volume du circuit magnétique correspond à la résine qui isole les plaques les unes des autres et qui ne doit pas être pris en compte pour le calcul des pertes.
Le premier brevet de ralentisseur électromagnétique a été déposé par Steckel en 1903[2]. Raoul Sarazin a réalisé en 1936 la première application pratique sur véhicule d'un ralentisseur utilisant le principe des courants de Foucault[2].
Des systèmes de freinage à courants de Foucault sont utilisés notamment sur les véhicules poids lourds[3] et sur les autocars sous le nom de « ralentisseur », ou sous le nom commercial Telma[1].
Ils sont constitués d'électroaimants fixes (stator) induisant des courants de Foucault dans des disques conducteurs (rotor) entraînés par les roues. Lorsque les électroaimants sont mis sous tension, les courants de Foucault induits dans les disques engendrent des forces de Laplace s'opposant au mouvement, et donc un couple de freinage.
Contrairement aux freins classiques qui dissipent l'énergie par frottement, le freinage électromagnétique fonctionne sans contact, donc sans usure de garniture. Ces freins nécessitent peu de réglage. Bien que l'énergie de freinage reste dissipée sous forme de chaleur (par effet Joule), ils sont moins sensibles à l'échauffement. Ils sont de ce fait obligatoires sur les véhicules lourds pour produire un freinage d’endurance notamment en montagne ou en situations d'arrêts fréquents. Le freinage étant produit par la vitesse des disques, ils ne permettent en aucun cas l'immobilisation d'un véhicule jusqu'à l'arrêt complet. C'est pour cela qu'ils ne fonctionnent qu'en complément de freins conventionnels.
Dans les chemins de fer, la rame à grande vitesse ICE 3 de la Deutsche Bahn utilise un système de freins à courant de Foucault comme système de frein de service sur certaines lignes nouvelles et comme système de freinage d'urgence ailleurs.
On peut leur reprocher que l'énergie est dissipée par effet Joule sous forme de chaleur et donc en pure perte, contrairement au freinage régénératif des véhicules hybrides qui la valorisent en électricité stockable.
Le chauffage par induction est produit par les courants de Foucault induits dans la pièce à chauffer. Ce type de chauffage est donc réservé aux matériaux conducteurs d’électricité. Il est par exemple utilisé dans les plaques de cuisson à induction, ou en métallurgie, où les fours à induction peuvent chauffer les lingots de métal jusqu'à leur température de fusion.
Dans le cas du brasage par induction, on place les éléments à braser dans un champ électromagnétique puissant pour chauffer les pièces ainsi que le métal d'apport.
On utilise les courants de Foucault pour le tri et la séparation des matériaux hétérogènes en vrac.
Le premier séparateur[4] fut réalisé en 1984 par le thermodynamicien Hubert Juillet, inventeur du procédé, pour le compte de l'usine verrière BSN (aujourd'hui Owens-Illinois) de Wingles (Pas-de-Calais) pour le recyclage du verre, afin de séparer les métaux non ferreux (dont les capsules) du verre.
Actuellement, de très nombreux séparateurs sont en service à travers le monde, principalement dans les domaines du recyclage et de la minéralurgie.
On utilise les courants de Foucault pour :
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