Comment produit-on l’électricité ? (Partie I)

Nous allons poursuivre aujourd’hui notre périple dans le monde de l’électricité et du magnétisme en t’expliquant comment on peut faire naître un courant électrique… Cette fois-ci il va s’agir d’électricité pouvant être utilisée pour faire fonctionner un appareil.

Crois-tu être capable d’en fabriquer toi-même pour faire briller une ampoule par exemple ?
Et bien, non seulement tu en es capable mais je suis certaine que tu l’as déjà fait assez souvent !
Comment ? Et bien tout simplement, lorsque le soir tu enfourches ton vélo et que tu mets ta petite lumière (important pour qu’on te repère bien, sur la route !)

Tu te souviens dans les épisodes précédents, nous avions montré que grâce aux mouvements des électrons, de l’électricité statique était créée ce qui permettait de coller un ballon au plafond (relire l’article ici) ou de te faire dresser les cheveux.

Nous avions aussi montré dans cet article consacré au magnétisme, que grâce au mouvement des électrons qui, tels des toupies, tournoyaient sur eux-mêmes et autour du noyau des atomes, certains matériaux avaient des propriétés magnétiques.

Bref, il s’en passe des choses grâce aux mouvements des électrons !

Ce qui serait bien, ce serait de pouvoir provoquer le mouvement des électrons dans un fil métallique (du cuivre par exemple, parce que ce métal possède des électrons moins liés au noyau : on parle d’électrons libres*), ainsi on ferait apparaître un courant électrique dans ce fil.

* Un matériau qui possède de nombreux électrons libres, est dit « conducteur« 

Or il s’avère, qu’un aimant, comme nous l’avons expliqué ici, a la capacité d’agir sur son environnement en attirant ou en repoussant certains objets (ceux en matière métallique). Il a donc la capacité d’influencer la répartition des électrons libres dans un matériau conducteur.

Bref, on va réaliser une petite expérience.
Prenons un aimant, un fil de cuivre entouré autour d’une bobine de cuivre. Cette bobine est reliée à une ampoule.
Que se passe-t-il lorsqu’on approche l’aimant du fil électrique ? La lampe s’allume.

En déplaçant l’aimant, des charges vont être attirées, d’autres repoussées. Les électrons libres du fil vont bouger : ce mouvement d’électrons est par définition un courant électrique.
Sans le mouvement de l’aimant, les électrons se placent dans une position d’équilibre et ne bougent plus : il n’y a pas de courant.
Plus la vitesse de déplacement de l’aimant par rapport à la bobine est grande, plus les électrons du fil métallique seront perturbés, plus le courant sera important.
Ce phénomène s’appelle l’induction.

D’autres caractéristiques vont jouer également comme la taille de l’aimant, ou le nombre de tours de fil sur la bobine :
– un aimant plus gros est plus « puissant » et crée un champ magnétique plus intense : un plus grand nombre d’électrons est perturbé.
– plus la bobine comporte de tours, plus l’aimant qui se déplace va agir sur un grand nombre d’électrons en même temps : l’intensité du courant électrique* sera plus importante.

* L’intensité du courant est en fait « le débit d’électrons », c’est-à-dire la quantité d’électrons déplacés par unité de temps.

Voici un petit film qui te permettra de mieux visualiser tout cela.

Le fonctionnement de la dynamo sur ton vélo
Pour en revenir à l’ampoule de ton vélo, tu as remarqué qu’elle ne s’allumait que lorsque tu pédalais (et que tu avais positionné la dynamo contre le pneu). La raison est simple : en pédalant tu fais bouger un aimant autour d’une bobine de fil reliée à ton ampoule. L’idéal serait de pouvoir démonter la dynamo pour voir ce qui se passe à l’intérieur.

Pas de panique, tu ne vas pas devoir bricoler ton propre vélo  : d’autres l’ont fait. Regarde cette vidéo.

Si tu n’es pas convaincu(e) et que tu veux observer par toi-même sans démonter ton vélo, je te propose de chercher dans le commerce des torches dynamo : il en existe des transparentes telles que celle-ci. Tu peux repérer l’aimant et le fil de cuivre sous forme de bobines. Lorsque tu actionnes la manette, l’aimant tourne entre les deux bobines de fils et la lampe s’allume. Tu pourras aussi remarquer que lorsque l’aimant ralentit, la lumière faiblit car l’intensité du courant diminue.

D’autres appareils à induction

Tous les générateurs électriques fonctionnent sur ce principe.
Ils comportent de puissants aimants et une bobine de fil. En imposant un mouvement régulier à l’aimant, un mouvement d’électrons apparaît et donc un courant électrique est généré. Tu as transformé de l’énergie liée au mouvement, en énergie électrique.
Finalement, le plus difficile dans cette affaire est de produire le mouvement : tu t’en rends bien compte lorsque tu dois pédaler !
Dans une centrale électrique, tout est mis en oeuvre, pour créer ce mouvement. Nous verrons cela une prochaine fois  :  » Comment produit-on l’électricité ? (Partie II)« 

Nous parlerons aussi dans un autre article des plaques à induction de la cuisine.

Texte : Pascale BAUGE – Le Monde et Nous
Illustrations : Stéphanie DUBUT – Stef Comics