La cage de Faraday a été l’une des inventions les plus ingénieuses – si l’on peut dire – des années 80-90 et qui aujourd’hui nous permet de ne pas avoir peur des éclairs.
Comprendre son fonctionnement est en réalité facile et elle est utilisée dans divers domaines et situations, même courantes. Voyons ce que c’est et comment cela peut nous sauver la vie, mais d’abord… Quelques mots sur l’auteur !
Michael Faraday : qui était-il
Michael Faraday était un physicien et chimiste britannique, mais sa jeunesse ne fut pas du tout facile. Il commença à travailler à l’âge de 13 ans et en raison de sa classe sociale, il ne pouvait pas se permettre d’étudier.
Durant son apprentissage dans une librairie locale, il eut l’occasion de lire diverses œuvres dont The Improvement of the Mind de Isaac Watt. Depuis lors, il développa une passion inconditionnelle pour les sciences, étudiant la physique et la chimie en autodidacte.
Mais grâce à des événements fortuits et au bon œil pour les talents de certains professeurs importants, il commença à étudier régulièrement dans certains des meilleurs instituts et de là… Il formula la loi de Faraday et la cage qui porta son nom.
La loi de l’induction électromagnétique
Connue également sous le nom de loi de l’induction électromagnétique, la loi de Faraday a été un tournant pour les scientifiques ; Faraday la formula dans la première moitié des années 80, grâce aux autres théories et lois précédentes sur l’électricité et le champ magnétique par d’autres grands scientifiques.
Voici ce que dit la loi :
Dans un circuit, une différence de potentiel d’intensité égale à la variation dans le temps du flux du champ magnétique traversant le circuit lui-même est générée.
Ok, dit comme ça, cela nous semble incompréhensible… Voici donc la formule :
ΔV=ΔΦ(B)/Δt
Encore rien ? C’est normal… « ΔV » signifie la différence de potentiel, Δt signifie la durée de l’intervalle de temps. Nous savons que « B » en physique signifie « champ magnétique » et que « Φ(B) » signifie « flux du CM ».
De là, la formule traduite en mots dans la loi décrite ci-dessus ! En termes simples, un champ magnétique variable génère un courant induit, c’est-à-dire que le courant se crée si ΔΦ(B) varie. Mais pourquoi est-ce si important ?
La cage de Faraday : concepts et applications
La loi de Faraday fut la base qui conduisit à la réalisation de la cage, comme expérience pour démontrer la véracité de ses théories.
Une charge génère dans l’espace un champ électrique, polarisant ce qui l’entoure. Une charge très forte est capable de polariser même l’air et, les charges positives du sol et les charges négatives dans l’air, génèrent une décharge électrique que nous appelons communément éclairs.
Mais si nous mettons dans la direction du champ électrique un conducteur creux, la charge à l’intérieur sera 0, c’est-à-dire nulle ! Pour démontrer cela, Faraday construisit une cage métallique en y connectant à l’extérieur et à l’intérieur des électroscopes à feuilles.
Il s’y glissa à l’intérieur et mit en marche un générateur de charges suffisamment puissant pour créer un champ électrique de dimensions telles à provoquer des éclairs. Les électroscopes à l’extérieur s’ouvrirent, ceux à l’intérieur non. Cela a démontré comment – en présence de champs électriques – à l’intérieur d’une cage (justement de Faraday) le champ est nul.
Il n’a évidemment pas été blessé, mais seulement satisfait.
La cage de Faraday peut-elle nous sauver la vie ? Oui
Aujourd’hui, la cage de Faraday est appliquée dans divers contextes et nous sauve certainement la vie. Il suffit de penser aux avions, dont le revêtement extérieur a été conçu comme une cage pour décharger les charges des éclairs vers une extrémité, sans conséquences pour l’avion et les passagers.
Les voitures sont certainement un autre exemple où la loi et la découverte de Faraday sont appliquées. En effet, lors d’une tempête d’éclairs, la voiture est l’endroit le plus recommandé pour se protéger car la charge de l’éclair est déchargée sur la surface.
Et que vous le croyiez ou non, même le four à micro-ondes bien-aimé est construit selon la cage de Faraday mais… À l’envers. En effet, si une charge électromagnétique se trouve à l’intérieur de la cage, un champ est généré à l’intérieur mais pas à l’extérieur.
En pratique, elle reste bloquée à l’intérieur de la cage et c’est le principe selon lequel les fours à micro-ondes sont construits, afin d’éviter que les ondes électromagnétiques ne se propagent à l’extérieur pendant son utilisation (cette fameuse grille que vous voyez sur la porte).
