Par Bert Markgraf
Mis à jour le 24 mars 2022
Dans la production d’énergie moderne, les aimants jouent un rôle central dans la conversion de l’énergie mécanique en électricité. Lorsqu'une bobine conductrice se déplace dans un champ magnétique changeant, la force électromotrice induite entraîne les électrons, produisant un courant électrique. Ce principe sous-tend presque tous les générateurs à grande échelle, qu'ils soient alimentés par la vapeur, l'éolien ou l'hydroélectricité.
Les bobines de fil sont filées à travers des champs magnétiques créés par des aimants permanents ou des électro-aimants. Le mouvement des bobines par rapport au champ induit une tension, transformant le mouvement mécanique en énergie électrique.
Les générateurs électriques s’appuient sur la loi de Faraday sur l’induction électromagnétique :un flux magnétique changeant à travers une boucle fermée induit une tension. Les générateurs sont disponibles dans deux configurations principales :
Les deux modèles exposent les enroulements en cuivre à un champ magnétique variable, provoquant le flux d'électrons.
Les aimants permanents, généralement au néodyme-fer-bore, sont privilégiés dans les petits générateurs légers car ils ne nécessitent aucune source d'alimentation externe. Les électroaimants, constitués de noyaux de fer enroulés de cuivre, génèrent des champs plus puissants mais nécessitent un apport électrique. Les grandes centrales électriques utilisent presque exclusivement des électro-aimants car l'intensité du champ élevé est essentielle pour une conversion efficace de l'énergie.
Les premières expériences combinaient un générateur à aimant permanent avec un moteur, dans l’espoir que la puissance du moteur maintiendrait indéfiniment la rotation du générateur. Bien que l'installation puisse fonctionner pendant de longues périodes, les pertes résistives inévitables dans les enroulements et la friction dans les roulements finissent par faire caler le système. Aucune configuration magnétique ne peut contourner les lois fondamentales de la thermodynamique.
Dans une centrale au charbon, nucléaire ou au gaz, la chaleur transforme l’eau en vapeur à haute pression qui entraîne une turbine. L'arbre de la turbine est couplé à un grand générateur contenant de nombreuses bobines enroulées autour d'un champ magnétique rotatif produit par des électro-aimants. Le même principe s'applique aux éoliennes :les pales font tourner un arbre qui fait tourner le générateur.
Étant donné que la puissance du générateur est produite lorsque les aimants traversent les enroulements, sa conception garantit un rendement et une fiabilité élevés dans une large gamme de conditions de fonctionnement.