Entraînement par courant de Foucault

Un disque fait en papier d’aluminium est posé sur la surface de l’eau d’une cuvette ; lorsqu’on approche un aimant et qu’on le déplace devant le disque, celui-ci se met en mouvement en suivant le déplacement de l’aimant. Cette expérience illustre l’existence des courants électriques appelés « courants de Foucault », créés dans un métal par un champ magnétique variable au cours du temps.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un aimant puissant ;

  • un morceau de papier d’aluminium (dimensions : environ 30 cm ´ 40 cm) ;

  • une cuvette basse (diamètre approximatif : 15 cm) ;

  • éventuellement un transparent ou une feuille de papier (format A4).

Montage et réalisation

Plier en deux une feuille d’aluminium et répéter deux fois l’opération (on obtient ainsi la superposition de 8 couches).
La forme qui en résulte est généralement un rectangle d’environ 10 cm ´ 15 cm si on est parti d’un rectangle de 30 cm ´ 40 cm. On peut obtenir un carré en pliant un côté du rectangle. En repliant les coins vers le centre du carré on obtient un octogone régulier sensiblement de la même taille qu’un disque circulaire de diamètre 10 cm (voir photo ci-dessus). L’air emprisonné entre les couches permet au disque d’aluminium de flotter sur l’eau d’une cuvette.
Remplir la cuvette un peu plus qu’à ras bord pour que le disque reste toujours au milieu de la surface de l’eau .
Lorsqu’on fait des cercles rapides avec un aimant vertical tenu à 1 ou 2 cm au-dessus du disque d’aluminium, on observe que le disque se met à tourner dans le même sens que l’aimant . Lorsqu’on inverse le sens du mouvement de l’aimant, le disque s’arrête puis repart dans le sens opposé. On peut intercaler un transparent entre le disque et l’aimant pour montrer que la rotation du disque ne résulte pas des mouvements de l’air entraîné par l’aimant.

Explications

L’aluminium étant paramagnétique, la force qu’il subit dans un champ magnétique constant est très faible mais un champ magnétique variable induit dans le disque d’aluminium des courants de Foucault qui le mettent en mouvement.
A proximité d’un pôle magnétique il règne un champ magnétique non homogène relativement intense.
Lorsque le pôle d’un aimant fait des cercles au-dessus du disque d’aluminium, il y a une variation continuelle du champ magnétique local vu par chaque zone du disque. Il en résulte des tensions induites qui provoquent des courants de Foucault dans le métal.
D’après la loi de Lenz ces courants créent un champ magnétique qui s’oppose à la cause qui leur a donné naissance, à savoir ici le mouvement relatif entre le disque d’aluminium et l’aimant. Le disque réduit son mouvement relatif par rapport à l’aimant en se mettant à tourner dans le même sens que lui pour « suivre » son mouvement.

Remarques

Le phénomène décrit ci-dessus permet de réaliser des couplages sans contact. Citons comme exemple le tachymètre (« compteur » de vitesse) dans lequel l’aiguille est reliée à un petit disque d’aluminium entraîné par un aimant tournant.
C’est aussi le principe de fonctionnement du moteur asynchrone.

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