Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
F

Foucault (Léon) (suite)

Foucault reprend sa liberté pour déterminer, à la demande d’Arago*, la vitesse de la lumière. Il parvient au résultat en 1850, un an après Fizeau, mais son petit miroir, merveille de mécanique, qui tourne à la vitesse prodigieuse de 400 tours par seconde, donne aussi la vitesse dans l’eau. Et la valeur trouvée, plus petite que dans l’air, donne à la théorie de l’émission son coup de grâce.

À la même époque, Foucault constate qu’un objet métallique mis en rotation rapide entre les pôles d’un aimant est fortement freiné et s’échauffe de façon notable. Il donne ainsi l’explication du « magnétisme de rotation » d’Arago par l’existence de courants induits dans les masses conductrices, nommés depuis lors courants de Foucault (v. art. spécial).

C’est en 1851 que se situe son expérience la plus célèbre. Désireux de donner une preuve indubitable du mouvement de la Terre, il met en évidence la lente rotation du plan d’oscillation d’un pendule, et son expérience attire une foule de visiteurs au Panthéon, devant le pendule de 28 kg et de 67 m de longueur suspendu au sommet de la coupole. L’année suivante, il imagine le gyroscope, dont l’axe tend à s’orienter suivant la ligne des pôles ; le compas gyroscopique va, dorénavant, remplacer sur tous les navires d’acier l’aiguille aimantée.

En 1855, Foucault est nommé physicien à l’Observatoire de Paris. Aux miroirs métalliques, alors employés dans les télescopes, il substitue en 1857 des miroirs de verre argenté, moins fragiles, et il invente des procédés de retouches locales pour la fabrication des miroirs paraboliques. Il crée ainsi le télescope classique, qui contient un prisme à réflexion totale. La même année, il imagine l’interrupteur à mercure, dont le principe sert encore dans les bobines d’induction.

Ce sont toujours les demandes de l’astronomie qui lui inspirent ses dernières recherches. Il construit les régulateurs de vitesse destinés à commander le mouvement des sidérostats, et ces appareils se révèlent applicables aux machines-outils industrielles.

Membre du Bureau des longitudes en 1862, Foucault n’entre à l’Académie des sciences qu’en 1865, à peine deux ans avant sa mort.

R. T.

 Recueil des travaux scientifiques de Léon Foucault (Gauthier-Villars, 1878).

Foucault (courants de)

Courants induits dans la masse même des conducteurs par des variations d’induction magnétique. Suivant la loi du flux maximal, les lignes de courant tendent à se placer dans des plans perpendiculaires aux lignes d’induction.



Effet Joule des courants de Foucault

L’effet Joule, dû à ces courants, peut être calculé dans certains cas simples.


Courants de Foucault dus à une induction alternative

C’est le cas de machines (par exemple, le transformateur statique) où la topographie des lignes d’induction est immuable et où seule varie l’intensité algébrique de l’induction. La topographie des lignes de courant est aussi constante. Le flux magnétique enlacé par une quelconque ligne de courant est proportionnel à l’induction B, la force électromotrice induite à et la puissance Joule instantanée à

Si, de plus, l’induction est sinusoïdale,

d’où
dont la valeur moyenne est

Si l’induction a même module B en tout point du matériau, la quantité (BMω)2 a même valeur pour tous les courants, et l’effet Joule global est proportionnel à (BMω)2.

Par suite, si l’on considère un transformateur dont le circuit magnétique a une section constante S, le primaire n spires alimenté sous tension efficace U de pulsation ω, la relation de Boucherot donne

d’où

Les pertes dues aux courants de Foucault sont alors proportionnelles au carré de la tension par spire : Elles ne dépendent pas de la fréquence, contrairement aux pertes par hystérésis magnétique. On réduit ces pertes en augmentant le nombre de spires, mais on accroît alors les pertes Joule dans les bobinages. Il existe donc un nombre de spires optimal.


Courants de Foucault dus au mouvement relatif du conducteur par rapport au champ d’induction (fig. 1)

En un point animé de la vitesse par rapport au champ d’induction, le champ électromoteur est

S’il s’agit, en outre, d’un mouvement de rotation à vitesse angulaire ω dans un champ uniforme parallèle à l’axe de rotation, il vient
Eem = lωB,
l étant la distance du point considéré à l’axe de rotation.

Par suite, pour chaque ligne de courant, la force électromotrice est proportionnelle à Bω et l’effet Joule à (Bω)2.


Réduction des courants de Foucault

Cet effet Joule est en général préjudiciable : perte d’énergie, échauffement nécessitant des dispositifs de refroidissement et réduisant la puissance massique des machines. On peut l’atténuer en interposant des isolants sur le trajet des lignes de courant. Pratiquement, on réalisera les circuits magnétiques par empilement de tôles isolées, ou de tiges, disposées parallèlement aux lignes d’induction.

Exemples : tiges cylindriques placées dans un champ d’induction sinusoïdal (fig. 2)
B = BM cos ωt.

La couronne cylindrique d’épaisseur dR a pour conductance

ρ étant la résistivité du matériau.

Elle est le siège d’une force électromotrice

Par suite, l’effet Joule dans cette couronne est

Pour la tige entière de diamètre D,

soit

D’où l’effet Joule moyen

Le volume de la tige est d’où les pertes Joule moyennes volumiques :

Il est à remarquer que l’effet Joule varie comme l’inverse de la résistivité et comme le carré du diamètre.

Pour un empilement de tôles d’épaisseur e, on trouverait des pertes Joule volumiques de la forme

Industriellement, on utilise des tôles d’épaisseur de 0,3 et de 0,1 mm pour des appareils courants et de quelques centièmes de millimètre pour des appareils spéciaux.

On utilise également du fer divisé, agglomérat de particules de fer de quelques microns de diamètre, noyées dans un liant isolant. La perméabilité magnétique de ce matériau est malheureusement faible.

On emploie encore des ferrites obtenues par frittage d’oxydes métalliques. La perméabilité est plus importante que celle du fer divisé, mais le matériau est fragile et ne convient actuellement qu’aux pièces de petites dimensions.