4.3 Effets électrodynamiques
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4.3 EFFETS ÉLECTRODYNAMIQUES
4.3.1 Électrodynamique et relativité
L’étude des processus d’interaction électromécanique en régime stationnaire conduit,
comme nous l’avons vu, à traiter de manière complètement indépendante les effets
dus aux champs électrique (couplage « électrostatique ») et magnétique (couplage
« magnétostatique »). Cette situation tendrait à pérenniser la frontière historique qui
s’est instaurée entre électricité et magnétisme. Mais la découverte de l’induction électromagnétique invite à rompre définitivement avec ce point de vue : électricité et
magnétisme constituent bel et bien la manifestation d’une seule et même réalité physique.
Les faits expérimentaux qui signalent le phénomène d’induction sont de deux
ordres. On observe tout d’abord l’apparition d’un courant électrique induit dans un
circuit conducteur fixe placé dans un champ magnétique variable (produit lui-même
par des courants variables ou résultant du déplacement d’une source magnétique par
rapport au conducteur). Ce même circuit est également le siège d’un courant induit
s’il est animé d’un mouvement par rapport au champ, variable ou invariable, dans
lequel il baigne.
Dans l’interprétation « classique » de ces deux effets, les courants induits sont
le fruit d’une force électromotrice d’induction résultant de la circulation d’un terme
supplémentaire de champ électrique le long du trajet conducteur. Il s’agit du « champ
électromoteur de Laplace » (v ∧ B) dans le cas du circuit mobile animé d’une vitesse
v par rapport au champ B, ou bien du « champ de Neumann »
−∂A/∂t
déduit de
(2.8) dans le cas du champ variable [50].
Ainsi, le phénomène d’induction établit-il un lien dynamique direct entre les composantes E et B du champ électromagnétique. De ce point de vue, la double interprétation précédemment évoquée n’est pas pleinement satisfaisante. En effet, qu’il soit
question d’un conducteur fixe soumis au champ variable produit par une source en
mouvement, ou d’un conducteur mobile dans le champ constant d’une source fixe, la
cause du phénomène observé tient, pour un observateur galiléen, au mouvement relatif des sources l’une par rapport à l’autre. Aussi, pourquoi faire appel à deux notions
distinctes pour interpréter un seul et même fait physique ? La réponse attendue réside
dans la nature profondément relativiste du phénomène d’induction. La force électromotrice induite au sein d’un circuit conducteur trouve alors son unique explication
dans les champs électriques régnant dans les systèmes de repos
(1) attachés à chacun
des éléments qui le composent [51][2].
(1) Le système de repos d’un corps (indéformable) correspond au référentiel dans lequel la vitesse des particules qui le constituent est nulle à tout instant.
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4.3 EFFETS ÉLECTRODYNAMIQUES
4.3.1 Électrodynamique et relativité
L’étude des processus d’interaction électromécanique en régime stationnaire conduit,
comme nous l’avons vu, à traiter de manière complètement indépendante les effets
dus aux champs électrique (couplage « électrostatique ») et magnétique (couplage
« magnétostatique »). Cette situation tendrait à pérenniser la frontière historique qui
s’est instaurée entre électricité et magnétisme. Mais la découverte de l’induction électromagnétique invite à rompre définitivement avec ce point de vue : électricité et
magnétisme constituent bel et bien la manifestation d’une seule et même réalité physique.
Les faits expérimentaux qui signalent le phénomène d’induction sont de deux
ordres. On observe tout d’abord l’apparition d’un courant électrique induit dans un
circuit conducteur fixe placé dans un champ magnétique variable (produit lui-même
par des courants variables ou résultant du déplacement d’une source magnétique par
rapport au conducteur). Ce même circuit est également le siège d’un courant induit
s’il est animé d’un mouvement par rapport au champ, variable ou invariable, dans
lequel il baigne.
Dans l’interprétation « classique » de ces deux effets, les courants induits sont
le fruit d’une force électromotrice d’induction résultant de la circulation d’un terme
supplémentaire de champ électrique le long du trajet conducteur. Il s’agit du « champ
électromoteur de Laplace » (v ∧ B) dans le cas du circuit mobile animé d’une vitesse
v par rapport au champ B, ou bien du « champ de Neumann »
−∂A/∂t
déduit de
(2.8) dans le cas du champ variable [50].
Ainsi, le phénomène d’induction établit-il un lien dynamique direct entre les composantes E et B du champ électromagnétique. De ce point de vue, la double interprétation précédemment évoquée n’est pas pleinement satisfaisante. En effet, qu’il soit
question d’un conducteur fixe soumis au champ variable produit par une source en
mouvement, ou d’un conducteur mobile dans le champ constant d’une source fixe, la
cause du phénomène observé tient, pour un observateur galiléen, au mouvement relatif des sources l’une par rapport à l’autre. Aussi, pourquoi faire appel à deux notions
distinctes pour interpréter un seul et même fait physique ? La réponse attendue réside
dans la nature profondément relativiste du phénomène d’induction. La force électromotrice induite au sein d’un circuit conducteur trouve alors son unique explication
dans les champs électriques régnant dans les systèmes de repos
(1) attachés à chacun
des éléments qui le composent [51][2].
(1) Le système de repos d’un corps (indéformable) correspond au référentiel dans lequel la vitesse des particules qui le constituent est nulle à tout instant.