Par Chris Deziel, mis à jour le 24 mars 2022
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Une batterie convertit l’énergie chimique en électricité et une cellule solaire capte les rayons du soleil, mais la conversion du mouvement mécanique en énergie nécessite un générateur à induction. Ces machines peuvent aller d’une lampe de poche à manivelle jusqu’à des centrales électriques à l’échelle urbaine, toutes fonctionnant selon le même principe découvert par le physicien du XIXe siècle Michael Faraday :l’induction électromagnétique. Aujourd'hui, les générateurs à induction fonctionnent avec divers combustibles et fournissent de l'électricité à des millions de personnes dans le monde.
L’expérience marquante de Faraday en 1831 consistait à enrouler une bobine conductrice autour d’un noyau et à mesurer le courant lorsqu’un aimant se déplaçait dans la boucle. Le courant induit disparaît lorsque l’aimant s’arrête et s’inverse lorsque la direction de l’aimant change. À partir de là, Faraday a formalisé la loi de l’induction électromagnétique, désormais appelée loi de Faraday, qui relie l’amplitude de la tension induite au taux de variation du flux magnétique. Des générateurs pratiques ajustent les tours de bobine, la force de l'aimant et les propriétés du fil pour optimiser le rendement.
Qu'ils soient installés dans une unité de secours domestique, un alternateur de voiture ou une centrale nucléaire, les générateurs à induction partagent des caractéristiques essentielles :un rotor rotatif et un stator stationnaire. Généralement, le stator contient de puissants aimants permanents, tandis que le rotor porte les enroulements conducteurs (ou vice versa). Lorsque le rotor tourne, le champ magnétique alterne dans les enroulements, créant un courant alternatif (AC). La fréquence de ce courant alternatif (combien de fois le courant s'inverse chaque seconde) est un paramètre clé pour la compatibilité du réseau.
La plupart des grands générateurs couplent le rotor à une turbine. Dans les centrales à vapeur, l’eau est chauffée – par combustion de charbon, de gaz naturel, de biomasse ou par fission nucléaire – pour créer de la vapeur qui fait tourner la turbine. Les centrales géothermiques exploitent la chaleur des profondeurs, tandis que les installations hydroélectriques exploitent le débit de l’eau. Le premier générateur hydroélectrique, conçu par Nikola Tesla et construit par George Westinghouse, reste à Niagara Falls, produisant environ 4,9 GW d'électricité, soit suffisamment pour alimenter 3,8 millions de foyers.
Construire un générateur de base est étonnamment simple. Une conception courante utilise une bobine stationnaire et un aimant rotatif. Enroulez du fil de cuivre isolé autour d'un clou ou d'une tige d'acier et placez un aimant en fer à cheval autour de la bobine. Fixez l'aimant sur un arbre qui s'insère parfaitement dans une perceuse ; la rotation de l'arbre fait tourner l'aimant par rapport à la bobine, induisant une tension qui peut allumer une petite ampoule.
Avec un peu de créativité, vous pouvez exploiter l'énergie mécanique quotidienne, comme une manivelle ou une pédale de vélo, pour générer de l'électricité utile.