Question que vous ne vous êtes jamais posée du jour : comment fonctionne une plaque à induction ?

Pour chauffer une casserole, on peut utiliser une gazinière, des plaques chauffantes ou des plaques à inductions (ou autre). Les deux premiers ont un fonctionnement simple : du gaz brûle ou une résistance chauffante chauffe et la chaleur est transmise par conduction à la casserole, car le gaz qui brûle ou les plaques chauffantes, c'est chaud.
Une plaque à induction en revanche, c'est froid ! Si vous posez la main dessus, alors ça ne chauffera pas (si vous essayez : retirer vos montres et bagues !). Par contre posez une casserole d'eau, et ça chauffera. Magie ? Non : sciences :-).

Ce qui est important ici, c'est le phénomène d'induction électromagnétique.

Un certain James C. Maxwell a montré au cours du XIXe siècle que les champs électriques et magnétiques sont couplés. Mieux que ça, deux des fameuses « équations de Maxwell » expriment le fait que la variation d'un champ magnétique « B » entraîne l'apparition d'un champ électrique « E », et la variation d'un champ électrique « E » entraîne l'apparition d'un champ magnétique « B ».

J'ai mis en italique le mot « variation » car il est très important ici. C'est en effet la variation de B qui entraîne E, et non le champ B lui-même (et vice-versa : une variation de E qui entraîne B).
Ainsi, si vous placez un aimant sur une bobine de fil électrique, il n'y aura pas de courant électrique dans le fil. Mais si vous placez et déplacez un aimant dans la bobine, alors là oui car en déplaçant l'aimant, vous faites varier le champ magnétique : c'est le principe d'un alternateur ou d'une dynamo : pour avoir du courant, l'aimant doit tourner.

Tout ceci pour expliquer ce qui se passe sous les plaques à induction : on y a placé un électroaimant variable, qui s'il est en marche forme un champ électrique E autour.
Or, un champ électrique c'est quoi ? C'est une différence de potentiel (en volts) sur deux points quelconques (ici, d'un conducteur). Et on sait qu'une différence de potentiel appliquée à un conducteur entraîne la formation d'un courant électrique : appliquez 4,5 V sur un fil avec une lampe, et la lampe brille.

Pour nos plaques, c'est ce qui se passe : le champ électrique E se forme et si on y place un conducteur, un courant électrique s'y formera. On dit que c'est un courant électrique induit dans le conducteur. Ce conducteur, c'est la casserole métallique.

Mais pourquoi ça chauffe ? C'est très simple : touchez le bloc-transformateur de votre ordinateur portable, ou autre : ça chauffe car un courant électrique y passe. Ce sont des pertes par effet Joule : tout conducteur traversé par un courant chauffe (pour peu qu'il possède une résistance électrique non nulle, comme les supra-conducteurs).

C'est donc l'effet Joule dû à un courant électrique dans le fond de votre casserole qui chauffe la casserole. La chaleur dans le corps de la casserole se transmet ensuite par contact — ou conduction — à la nourriture.

Ceci peut avoir lieu si la casserole est en métal. Si vous placez une casserole totalement en verre, alors ça ne marchera pas. Idem si vous placez votre main sur la plaque : votre main n'est pas conductrice (par contre une montre en métal ou une bague conduisent le courant elles !).

Pour récapituler, car le fonctionnement dans son ensemble est en fait une succession impressionnante de courants électriques, champs magnétiques, champs électriques découlant des uns des autres :

Un champ magnétique qui varie entraîne un champ électrique. Ce champ électrique représente des différences de potentiel entre chaque point de l'espace. D'où l'apparition un courant électrique dans la casserole puis l'échauffement par effet Joule.

Et encore : le champ magnétique de départ est lui même en fait généré par un électroaimant, donc par un courant électrique dans une bobine (courant qui plus est variant, pour faire varier le champ magnétique).

17 commentaires

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Pluggi a dit :

« pour peu qu'il possède une conductivité qui n'est pas infinie, comme dans les supra-conducteurs »

Je pense que la phrase serait plus compréhensible et un peu moins bizarre si tu parlais de résistance et non de conductivité. Non ?

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TD a dit :

Ce que tu expose m'est apparu lors d'un TP d'électromagnétisme, en deuxième année. J'avais remarqué que les grandes bobines d'un appareil avaient beaucoup chauffées pendant les quelques heures où elles étaient alimentées avec un courant de cinq ampères.

Tu as un bug avec l'échappement de l'apostrophe.

EDIT de Timo : le bug des apostrophes semble corrigé :-/.

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Le Hollandais Volant a dit :

@Pluggi : j'ai rectifié. C'est plus clair en effet.

@TD : le chauffage de l'effet joule dans les bobines, j'ai vu ça aussi, mais du 18 A dans une multiprise pendant quinze minutes.

Ce que tu aurais pu remarquer, c'est qu'une bobine non alimentée placée à l'intérieur de de la bobine alimentée chauffe aussi : courant induit par la loi de Lenz-Faraday. Le courant est dans le sens opposé au courant de la grande bobine :-)

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BenGamin a dit :

Au passage il faut que la casserole soit en métal d'accord, mais surtout que le métal contienne beaucoup d'impuretés pour générer de l'effet joule.

killruana, c'est la même chose, l'induction on résonne en différence de potentiel (Volt), courant de foucault en intensité (Ampère).

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KAO a dit :

Vais dormir moins bête ce soir. Merci.

Vu sur le blog de Sebsauvage:
[HS]http://www.tsr.ch/info/sciences-tech/3571182-cuisinieres-a-induction-mise-en-garde-du-seco.html[/HS]

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Le Hollandais Volant a dit :

@killruana : oui, les courants de Foucault sont dues aux courants induits. Les courants induits (ceux qui chauffe par effet joule la casserole) génèrent à leurs propre tour un autre courant.

Ce courant est dans le sens perpendiculaire au premier (celui généré par l'induction).
(euh…)


Au passage il faut que la casserole soit en métal d'accord, mais surtout que le métal contienne beaucoup d'impuretés pour générer de l'effet joule.


Pas forcément : faut juste qu'il ait une certaine résistance (non nulle).
Après, j'y ai pensé aussi, peut-être que ça marche mieux avec un métal moins conducteur comme l'acier inox qu'avec le cuivre (très bon conducteur) : les pertes par effet Joule dépendant de la résistance, celle du cuivre étant faible, ça marcherais moins bien. À vérifier…

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BenGamin a dit :

Pas trop compris l'explication pour les courants induits et ceux de Foucault. Je pensais que c'était les mêmes. De souvenir la seul force perpendiculaire au courant est celle de Laplace, mais ce n'est pas un courant mais une force. (t'as surement fait en cours le coup de la petite barre qui se déplacent sur des rails électrifiés)

En parlant impuretés, évidement c'est pour faire monter la résistance. Mais de souvenir c'est comme ça que sont réalisés les casseroles spéciale iduction : Une base épaisse, avec un alliage peu conducteur et ferromagnétique, et plein d'impuretés pour augmenter les chocs d’électrons.

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Le Hollandais Volant a dit :

La force de laplace est perpendiculaire à la fois au sens du courant et au champ magnétique extérieur.

Le courant induit est dû à une force électromotrice de Lenz, due à une première bobine alimentée en variable, dans une seconde bobine non alimentée.

Ici ça correspond au courant dans l'électroaimant induisant par l'intermédiaire de B et E (variants) un courant dans la casserole.

Basiquement, il peut y avoir un courant induit si le flux du champ magnétique varie.
Or ce flux peut varier en fonction de plusieurs paramètres :
- la section du conducteur variant
- le champ B variant

Le courant induit et courant de foucault sont la même chose (j'ai vérifié mais suis pas sûr). Je pense qu'on nomme "courant de Foucault" les courants induits dans une masse de conducteur, et courant induit quand c'est un courant exploitable non pas dans un bloc de métal mais dans un fil fin et long (une bobine).

Dans une casserole, ce sont donc des courants de Foucault.
Je pense que c'est juste une question de vocabulaire. Je vais vérifier.

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adr a dit :

Merci, je comprends mieux comment fonctionne ma plaque.

En tout cas, ça doit bien chauffer en dessous car quand un plat cuit très longtemps, la ventilation des plaques reste assez longtemps en route.

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Le Hollandais Volant a dit :

C'est parce que la casserole chauffe la plaque, comme la casserole chauffe la table sur laquelle on la pose :-)

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Tommy a dit :

Article très intéressant.

Effectivement, j'ai eu des plaques à induction pendant plusieurs années, la casserole chauffe les plaques et on peut se brûler si on pose la main sur une plaque qui vient de chauffer une casserole.

Plusieurs de mes amis se sont fait avoir : "Ah c'est à induction ? Je peux toucher alors, ça doit être froid. AÏE !" :)

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BenGamin a dit :

@Le Hollandais Volant : Apparement c'est bien ça. Après avoir tourné un peu sur wiki et autre, courant induit : courant exploitable avec typiquement 2 bornes. courant de foucault : non exploitable (enfin le courant électrique produit...) car circulant dans la masse. Mais physiquement c'est le même phénomène.

Tout s'explique ;)

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adr a dit :

Mis à part les explications techniques, pour ceux que ça intéresse mais qui hésiteraient à passer à l'induction, pour en avoir depuis quelques années, c'est top par rapport au gaz. Ca chauffe uniformément et rapidement. On peut les programmer pour cuire un plat pendant X minutes.

C'est bien simple : on ne peut pas louper la cuisson de riz, d'oeufs ou de pâtes avec l'induction. Même pour le petit dej, une fois qu'on a trouvé la bonne durée et la bonne puissance, c'est parfait à chaque fois.

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Le Hollandais Volant a dit :


Ca chauffe uniformément et rapidement.


Oui, c'est rapide, j'ai déjà eu à faire à ces plaques.
Après, niveau prix, je sais pas ce que ça vaut par contre, entre plaques électriques, plaques à induction ou au gaz…


Voilà une image qui résume pas mal les courants de Foucault. http://www.cyril-ravat.fr/memoire/memoirese3.html#x8-23003r7

Si à la place d'un bloc de métal on avait placé une bobine, il y aurait un courant récupérable.
Notez le sens inverse entre le courant initial et les courants de Foucault.

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Black man (m.g) a dit :

ça serait complément aberrant de censurer les sites...

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