LES THÉORIES DE L'INDUCTION

Dans la réalité, le progrès de la science électrique s'est développé suivant un ordre inverse, et l'on savait qu'un courant agit sur des aimants et comment s'exerce exactement cette action, lorsque Faraday fît ses célèbres expériences. Mais, par contre, on ignorait encore le principe de la conservation de l'énergie et cette ignorance empocha tout d'abord d'apercevoir nettement la véritable corrélation entre les phénomènes de Télectromagnétisme et ceux de l'induction.

Quelques années avant Faraday, Ampère avait constaté qu'au moment où on lançait un courant dans une spirale, un anneau de cuivre voisin, placé en face d'un aimant, se trouvait repoussé ou attiré par cet aimant, suivant la direction du courant

excitateur, et suivant la position relative des p^les ; il avait été conduit à cette expérience par la pensée qu'un courant pourrait exercer sur des conducteurs placés à distance une sorte d'action analogue aux effets d'influence étudiés dans l'électrostatique ; mais Ampère et de La Rive, qui s'était associé à lui dans cette recherche, avaient cette idée préconçue que le phénomène serait un effet permanent, idée qui est, nous le comprenons aujourd'hui, en contradiction évidente avec le principe de la consenation de l'énergie; ayant observé un phénomène instantané, contraire à leur prévision, ils crurent se trouver en présence d'un fait accidentel ne méritant pas une étude ultérieure ; tant il est vrai que les esprits les plus profonds n'échappent pas à la règle commune et ne savent pas toujours se libérer des opinions faites d'avance et s'incliner devant l'expérience d'où découle cependant toute vérité. Ainsi Ampère laissa à Faraday la gloire d'une découverte qui égale en importance celles qu'antérieurement il avait faites lui-même.

C'est à Faraday que nous devons, non seulement la connaissance des courants induits, niais encore la laçon de les envisager actuellement admise; il les attribuait, très nettement, à un phénomène se produisant dans le champ magnétique, et il considérait les lignes de force comme symbolisant une altération du milieu qu'elles sillonnent. Lorsque les lignes qui traversent un circuit viennent à changer, la nouvelle altération du milieu se traduit par uû courant.

Mais les physiciens de son temps comprirent mal

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ses idées ; et pendant de longues années des savants distingués consacrèrent d'ingénieux efforts à résoudre des questions qui nous semblent aujourd'hui assez Taines.

Il n'était cependant pas, dans les débuts, inutile de démontrer que les courants induits étaient de môme nature que les courants produits par la pile. Obtenus d'abord dans des conditions telles que leur durée était très courte, avec des bobines où la self-induction mal comprise jouait un rôle considérable, ils se présentaient avec des caractères assez singuliers.

D'autre part, au moment même où Ton venait de de découvrir ces courants, les recherches de Melloni avaient établi que, dans la chaleur, jusque-là considérée comme simple, il existait des radiations complexes, et, par analogie, par un de ces abus de comparaison contre lesquels on ne se met jamais suffisamment en garde, on était porté à croire que le courant électrique, lui aussi, devait posséder des aspects très différents et des propriétés très variées suivant ses origines.

L'idée la plus simple n'est pas toujours celle qui s'impose la première; mais ici, comme sur d'autres terrains, elle finit par triompher.

Une méthode semblable à celle qui avait si bieu réussi à Ampère, et qu'il avait lui-même héritée de Newton, fut celle qu'adoptèrent les premiers mathématiciens qui tentèrent d'édifier une théorie de Tinduclion ; cette méthode consiste à ne pas se préoc^ cuper dç la cause physique du phénomène, mais â

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déduire, de quelques lois expérimentales précises, une formule qui permet, étant donnés deux éléments infiniment petits, placés d'une manière quelconque, de trouver Tintensité du courant produit dans Tun d'eux, lorsque l'autre s'éloigne ou se rapproche, ou bien lorsqu'il est traversé par un courant dont rintenslté varie. La formule élémentaire ainsi trouvée n'a, pour ainsi dire, qu'une valeur mathématique : elle ne correspond à aucune réalité, puisqu'il est impossible de faire agir l'un sur l'autre deux courants non fermés et puisqu'il n'existe même pas, si on adopte les vues de Maxvsrell, de courants ouverls/Mais si Ton est en possession de cette formule, toutes les questions que l'on peut se poser relativement à Tinduction dans des circuits fermés réels, déforme géométrique connue, se ramèneront à des intégrations plus ou moins simples ; le rôle du mathématicien restera parfois difficile, mais celui du physicien sera terminé.

Neumann et Weber ont construit des théories qui furent célèbres et qui restent intéressantes ; le point de départ de la théorie exposée par Neumann était ce principe, admis comme un fait expérimental, que, dans le déplacement relatif de deux systèmes, le courant induit, pendant un temps très court, est proportionnel à la vitesse du mouvement, et l'illustre savant arrivait ainsi à montrer qu'il existe une relation simple entre la force électromotrice produite et le travail dépensé dans le déplacement pourvaincre les actions électromagnétiques qui s'exercent entre les deux circuits.

La liaison, ainsi établie entre l'induction et l'élec-

l'induction et le coubant électrique 73

tromagnétisme^ était fort intéressante, mais elle ne devait prendre sa véritable signification qu'à la lumière du principe de la conservation de Ténergie.

On sait qu'indépendamment l'un de l'autre, et presque à la même époque, Helmholtz d'abord, puis Lord Kelvin, sont arrivés à la même conclusion: l'application du principe de la conservation de l'énergie permet de calculei* la force élèctromolrice d'induction correspondant à une variation connue du flux qui traverse un circuit. Dans son célèbre mémoire sur la « Conservation de la force », Helmhollz donnait pour la première fois aux idées énoncées cinq ans auparavant par Robert Mayer une forme précise, et l'on peut dire que celle applicalion du principe de la conservation de l'énergie aux phénomènes de l'induction fut la première consécralion de la valeur du principe lui-même el, pour ainsi dire, son véritable début dans la science où il élait appelé à jouer rapidement le premier rôle.

On a cru longtemps, et l'on répète encore souvent, même dans d'excellents traités d'électricité, que l'exislence des phénomènes d'induction peut être considérée comme une conséquence nécessaire du principe de la conservation de l'énergie, combiné avec les lois des actions électromagnétiques. Ainsi énoncée, la proposition est inexacte ; .c'est vouloir singulièrement forcer le sens du principe que de lui faire commander la nature d'une si stricte façon. Quand une quantité d'énergie apparaît quelque part dans un système fermé, une quantité équivalente doit disparaître ailleurs; mais rien

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n'impose à ce second phénomène, corrélatif du premier, un siège particulier ou une forme déterminée.

Un aimant attire un courant, il y a, donc du travail mécanique produit ; mais d'où provient«il, ce travail? Le principe ne nous apprend rien à cet égard ; il pourrait y avoir refroidissement du fil dans lequel circule le courant, modification dans le milieu qui sépare le circuit et Taimant, altérations diverses dans cet aimant lui-même. .11 y a plu?: alors môme que nous n'arriverions à rien découvrii en aucun endroit, il nous resterait toujours, pour ne pas avouer noire embarras, la ressource de nous payer de mots et de dire que le Inivail recueilli provient d'une diminution de réaergie potentielle du système. Aussi bien, est-ce de cette façon que Ton traduit — je ne dis pas que l'on explique — la manière dont agissent l'un sur l'autre deux aimants permanents.

Mais, lorsque l'on voit un courant qui se déplace sous l'action des forces él^ectromagnéliques et que Ton constate que l'on peut ainsi obtenir des rotations continues, il paraît bien peu vraisemblable que le travail recueilli puisse provenir, dans ce cas, d'une perte compensatrice dans l'énergie potentielle du système. Il faudrait, en effet, supposer que cette énergie a, pour ainsi dire, une valeur infinie ; et cette supposition répugne presque au bon sens. Nous sommes ainsi amenés, assez naturellement, à admettre l'hypotbèse contraire : l'énergie potentielle demeure invariable, et le travail mécanique que nous recueillons a son équivalent dans une dimi-

l'induction feT LE COURANT ÉLECTRIQUE 75

nulion de l'énergie électrique propre au courant, ou, si Ton préfère, dans les effets d'une force électromotrice qui se produit le long du circuit sur lequel agissent les forces électromagnétiques.

Dès lors, rien n'est plus facile que de déterminer cette force électromotrice, et le principe de la conservation de l'énergie intervient légitimement pour nous permettre de la calculer. Il nous fournit alors la valeur que nous avons déjà donnée pour la force éleclromotrice totale induite dans un circuit fermé traversé par un flux variable, et Ton admettra que cette force électromotricc est la même, quelle que soit l'intensité du courant qui circule au préalable dans le fil, fût-elle môme nulle tout d'abord.

Au lieu d'envisager le circuit tout entier, on peut considérer un élément du fil conducteur se déplaçant dans un champ magnétique ; on démontrerait, aisément que la force électromotrice dans cet élément a pour mesure le volume du parallélipipèdc ayant pour arêtes trois vecteurs représentant, le premier, l'Intensité du champ conducteur, le second, la longueur du fil induit, le troisième, la vitesse de déplacement de ce fil.

Sous cette forme, la loi est facilement applicable aux cas que l'on rencontre le plus fréquemment dans la pratique.

Pour achever de déterminer cette force électromotrice, il faut, bien entendu, donner le sens dans lequel elle agit; ce sens est toujours tel que. cette force électromotrice tend à s'opposer à la cause, quelle qu'elle soit, qui lui donne naissance. Il ne saurait en être autrement, d'après le principe de la

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conservation de l'énergie; mais la remarque est antérieure au principe : elle a été faite, on le sait, dès 1833, par un physicien russe, Lenz, qui énonçait ainsi, dans un cas particulièrement intéressant, un fait très général: partout et toujours, il y a opposition de la réaction à Taction.

La connaissance de la loi fondamentale de l'induction, loi déduite ainsi d'un principe universel, suffit pour aborder tous les problèmes qui se posent aujourd'hui à l'ingénieur, mais elle ne contente pas l'esprit de ceux qui veulent se faire des représentations concrètes des phénomènes.

C'est encore à Faraday que Ton doit l'idée essentielle qui domine toutes les hypothèses imaginées par les physiciens modernes ; il pensa, le premier, que la source des manifestations électriques est , moins dans les conducteurs que dans le milieu diélectrique qui les sépare. Plus tard, lorsque la notion d'énergie fut bien comprise, Maxwell, précisant les idées de Faraday, fît voir qu'en chaque point du champ magnétique, il y a de Ténergie localisée sous une forme que nous ignorons, mais telle que le déplacement d'un fil conducteur placé en ce point ne peut se faire sans dépense de travail mécanique, par suite des réactions que le milieu, déformé sous l'influence magnétique, exerce sur ce flL Plus récemment, un savant mathématicien anglais, M. Poynling, a édifié une théorie complète où il montre, d'une façon rigoureuse, comment le milieu qui entoure un conducteur parcouru par un courant électrique peut être considéré comme le