CHAPITRE III L'induction et le courant éiectrique

§ 1. - L'INDUCTION CONSIDÉRÉE COMME LE PHÉNOMÈNE ÉLECTRIQUE FONDAMENTAL

L'industrie électrique contemporaine est née de la découverte des phénomènes d'induction; jusqu'au moment où ces phénomènes vinrent mettre à la disposition des physiciens un moyen avantageux et commode de transformer l'énergie mécanique en énergie électrique, les applications des courants no pouvaient guère sortir que très timidement du domaine des laboratoires.

Les piles fournissaient bien l'électricité dans des conditions fort remarquables, mais l'énergie chimique dépensée était trop chère, et, trop encombrants, trop peu maniables étaient les appareils générateurs. L'antique mode de production de l'électricité au moyen des phénomènes de frottement et d'influence avait bien un intérêt théorique que les idées récentes ne font que rendre plus grand encore, mais ici le rendement était déplorable, la

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majeure partie du travail dépensé se dissipait par les frottements, en se transformant en chaleur, et d'ailleurs Ténergie électrique apparaissait sous une forme difficile à utiliser; pareille à un mince filet d'eau tombant d'une hauteur prodigieuse, la quantité d'électricité produite était trop petite et le potentiel d'où elle pouvait tomber était trop élevé.

les lois de l'induction sont des plus simples à énoncer, la base scientifique sur laquelle reposent ainsi tant d'applications, dont les conséquences ont une immense portée, est d'une puissante solidité; mais elle est fort peu étendue et il est aisé de voir comment elle est établie.

Si l'on considère un circuit, de forme quelconque, constitué par un fil conducteur placé dans un champ magnétique, il se produira dans ce circuit, quand, par n'importe quel procédé, on modifiera le flux de force magnétique qui le traverse, un courant électrique dont la durée est égale à celle de la variation du flux; on peut dire que le courant est dû à la création dans le fil d'une force électromotrice, la force électromotrice d'induction, qui dépend d'une façon très simple de la variation, par rapport au temps, du flux total d'induction magnétique qui traverse le circuit; si, par exemple, le flux varie proportionnellement au temps, la force électromo- Irîce est égale et de signe contraire à la variation du flux pendant l'unité de temps.

En ces quelques mots, nous avons dit tout ce qu'il est théoriquement nécessaire de savoir pour comprendre le principe des générateurs électriques modernes, mais l'énoncé précédent suppose, bien

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entendu, la connaissance préalablement acquise du courant électrique et des lois essentielles qui régissent sa propagation.

Historiquement les choses se ^ont bien d'ailleurs présentées ainsi : lors de la découverte faite par Faraday, en 1831, les physiciens étaient habitués, depuis plus d'un quart de siècle, à considérer lu courant produit par les piles, ils utilisaient déji quelques-uns de ses effets, et, une dizaine d'années auparavant, Texpérience d'Oersted avait provoqué les immortels travaux d*Ampère et d'Arago.

Aussi, la tradition s'est-elle conservée et Ton fait, presque toujours, malgré Timportance prédominante qu'ils ont acquise, jouer aux phénomènes d'induction un rôle en quelque sorte secondaire par le rang que leur assignent dans l'exposition la plupart des traités didactiques d'électricité. Le procédé a peut-être quelque avantage pédagogique; Ton peut même prétendre que le hasard seul n'a pas présidé à l'ordre chronologique dans lequel se sont effectuées les découvertes et que, sans l'invention préalable du galvanomètre qui permet de déceler des courants de faible intensité, il eut été bien difficile à un Faraday lui-même de réaliser ses expériences.

11 n'en est pas moins vrai que la pile est un organe extrêmement complexe dont la connaissance n'est pas logiquement nécessaire pour comprendre la plupart des lois du courant et qu'il est loisible d'imaginer que les piiénomènes d'induction aient été étudiés avant les phénomènes électrochimiques et les phénomènes électromagnétiques. S'il en avait

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été ainsi, les questions qui se posent au physicien ne se seraient évidemment pas présentées dans l'ordre où d'ordinaire on les examine et, peut-être, y a-t-ii quelque intérêt, particulièrement lorsque l'on désire, avant tout, se pénétrer des principes sur lesquels s'appuie l'industrie actuelle, à envisager les choses du côté qui nous paraît aujourd'hui le plus rationnel en dehors de ton le considération historique.

Supposons donc un expérimenlatcur d'une grande adresse, et doué d'une perspicacité des plus heureuses, imaginons qu'il ignore tout de l'électricité, mais qu'il possède des aimants et qu'il a acquis ridée du champ magnétique ; donnons-lui aussi, si l'on veut, une instruction mécanique avancée et la notion de l'énergie telle que nous la concevons aujourd'hui.

L'expérience initiale, bien difficile en vérité à cause de la petitesse des effets observés, mais théoriquement possible, qui pourrait le mettre, cet habile expérimentateur, sur le chemin où il rencontrerait tant de faits nouveaux, consisterait à déplacer très rapidement un aimant puissant dans le voisinage d'un fil métallique formant un circuit ermé et à constater, par quelque moyen délicat, que ce fil s'échauffe.

Étudiant alors de plus près ce phénomène, il parviendrait à préciser les conditions dans lesquelles se produit cet échauffemcnt. Il découvrirait que la chaleur dégagée dépend du mouvement relatif de l'aimant par rapport au circuit et l'on peut supposer qu'il serait amené, pour avoir des mari-

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festations calorifiques plus intenses, à enrouler le fil sur une bobine, de manière à multiplier le flux par le nombre des spires, et même, puisqu'il connaîtrait bien les phénomènes de Taimantation, il songerait sans doute à introduire un noyau de fer dans la bobine, de façon à accroître, grâce à la perméabilité du fer, la variation du flux.

Désormais en possession d'un moyen d'obtenir des effets très sensibles, il pourrait procéder à de véritables mesures et, s'il parlait le langagô auquel nous sommes aujourd'hui habitués, il exprimerait les résultats obtenus en disant que, pour un fil donné, la chaleur produite pendant un certain temps est proportionnelle au carré de la différence entre le flux magnétique qui traversait le circuit au début et celui qui le traverse à la fin.

Mais sa curiosité ne saurait se contenter ainsi; il voudrait aller plus loin et il chercherait à pénétrer plus avant dans le mécanisme du dégagement de chaleur dont le fil est le siège; il serait, de proche en proche, conduit à découvrir les diverses propriétés du courant électrique.

S'il connaissait auparavant les expériences déjà anciennes, relatives à l'électrostatique, s'il avait, par exemple, sur ce sujet le savoir que possédaient les physiciens avant les découvertes de Volta. il ne manquerait certainement pas de remarquer qu'il existe une grande analogie entre la décharge d'un condensateur et les phénomènes qui se produisent dans la bobine; peut-être le fil qui, tout d'abord, Tormait un circuit fermé serait-il, quelque jour, rompu en un point par un heureux hasard, et Tétiû-

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celle jaillissant entre les deux eïtrëmités, ou bien une secousse déjà assez sensible, lui réyélerait la nature électrique de ses propres expériences.

Il n'y a d'ailleurs aucune absurdité logique à admettre qu'au lieu d'avoir, comme point de départ, Tobservation des attractions produites par un diélectrique frotté contre tin autre isolant, Télectrostatique elle-même aurait pu dériver de la découverte de l'induction : entre les deux extrémités d'un fil formant boucle, lorsque la spire est soumise à une variation de flux magnétique, il se manifeste ce que nous appelons aujourd'hui une différence de potentiel. Cette différence peut être utilisée pour charger un condensateur, et un condensateur chargé représente le phénomène électrostatique essentiel dont l'étude a, en somme, été l'origine de toutes les découvertes faites jusqu'à ce jour dans cette partie de la Science.

Quoi qu'il en soit, un fait attirerait l'attention de notre génial expérimentateur imbu de nos idées modernes et lui paraîtrait d'autant plus étrange qu'il aurait une idée plus nette du principe de la conservation de l'énergie : il remarquerait qu'en effectuant son expérience initiale il a créé de l'énergie dans le fil, et cependant, de prime abord, il n'apertîevrait nulle part une destruction d'énergie équivalente.

Il se trouverait ainsi, vis-à-vis de sa découverte, dans la posture où nous avons vu de nos jours les physiciens en face des phénomènes de radioactivité, il se demanderait s'il est parvenu à mettre le prîn- O'pe do Id Cônservaliôn de l'énergie en échec ou si;

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au contraire, il ne lui reste pas à faire une nouvelle découverte complémentaire de la première.

Ici encore, la réponse lui serait fournie par des expériences délicates de mesure; si Ton déplace un circuit métallique fermé dans un champ magnétique, il faut dépenser du travail, tout se passe comme si ce champ était une sorte de milieu visqueux; il y a, en quelque manière^ un frottement à vaincre et c'est Téquivalent de l'énergie mécanique absorbée dans ce frottement qui se retrouve dans le fil, sous forme d'énergie électrique, se transformant elle-même spontanément en chaleur*

Mais d'où viennent ces forces qu'exerce sur le circuit le champ magnétique?

Puisqu'un tel champ ne peut avoir d'effet que sur des aimants, ne doit-on, par suite, penser que le 111 où se produit ce phénomène particulier, que l'on appelle le courant électrique, est devenu lui-môme équivalent à un aimant, et, par suite encore, admettre qu'un courant crée autour de lui un champ magnétique?

L'expérience permettrait de justifier ces prévisions et, dans un enchaînement logique, se déroulerait ainsi une longue série de découvertes capitales.

On pourrait pousser les choses plus loin et ne pas se contenter d'une connaissance simplement qualitative des faits ; par des calculs faciles, que nous ne voulons point développer ici, on tirerait de la loi fondamentale de l'induction, telle qu'elle a été supposée déduite de l'expérience, et de l'application du principe de la conservation de l'énergie^ la valeur du champ créé en un point par un circuit

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de forme connue, parcouru par un courant donné, ou, si Ton préférait, on parviendrait aisénffent à donner une démonstration de la loi élémentaire de Laplace qui faitconnaître quelle devrait être Taclion d'un élément de courant sur un pôle pour que^ si Ton fait la sommation de ces actions élémentaires, on trouve l'action réelle exercée par tout un circuit fermé.

En d'autres termes, il serait aisé, en partant de la connaissance des phénomènes d'induction, de reconstruire ces beaux chapitres de la physique que Ton appelle Télectromagnétisme et Téieclrodynamique et qu'ont, sur un autre plan, édifiés les génies de Laplace et d'Ampère.