On vous explique ce qu’est une cage de Faraday, son histoire, son fonctionnement et sa construction. Aussi, des exemples tirés de la vie quotidienne.
Qu’est-ce qu’une cage de Faraday ?
Une cage de Faraday est un conteneur recouvert de matériaux électriquement conducteurs (tels que des plaques métalliques ou des treillis) qui fonctionne comme un bouclier contre les effets d’un champ électrique extérieur.
De nombreux objets que nous utilisons dans la vie de tous les jours appliquent le principe de la cage de Faraday, par exemple : les câbles, les fours à micro-ondes, les voitures et les avions. Sa forme et sa taille peuvent varier, ainsi que les matériaux dont il est recouvert.
Voir aussi: loi de Faraday
Histoire de la cage de Faraday
La cage de Faraday porte le nom de son inventeur, le physicien britannique Michael Faraday (1791-1867), qui a observé qu’un matériau conducteur ne présentait les effets d’une décharge électrique qu’à l’extérieur. Cela semblait indiquer que les charges sur le conducteur étaient réparties de manière à annuler les champs électriques internes .
Pour preuve, en 1836, Faraday recouvrit les murs d’une pièce de feuilles d’aluminium. À l’aide d’un générateur électrostatique, il applique des décharges à haute tension à l’extérieur de ladite pièce. Et avec un électroscope (un appareil qui détecte la présence de charges électriques dans un corps), il a pu vérifier que le champ électrique à l’intérieur de la pièce était nul.
Grâce à cette expérience et à de nombreuses autres expériences, Faraday occupe une place de choix parmi les scientifiques qui ont permis à l’électricité d’avoir les utilisations pratiques que nous connaissons aujourd’hui.
Comment fonctionne une cage de Faraday ?
Lorsqu’un champ électrique est appliqué à un récipient recouvert d’aluminium ou de treillis métallique, le récipient fonctionne comme un conducteur électrique qui devient polarisé .
Lorsqu’il est polarisé, le conducteur reste chargé positivement dans la direction dans laquelle le champ électromagnétique externe se déplace et, en même temps, il devient chargé négativement dans la direction opposée, générant un champ électrique égal en amplitude mais opposé au champ électromagnétique qui a été appliqué .
La somme des deux champs, à l’intérieur dudit conteneur ou cage de Faraday, sera égale à zéro. C’est-à-dire que les matériaux conducteurs, en présence de champs électriques externes, ordonnent toujours leurs charges à leur surface de manière à ce que le champ électrique interne soit nul.
Comment fabriquer une cage de Faraday ?
La fabrication d’une cage de Faraday est simple : il s’agit simplement d’enfermer un certain espace à l’intérieur d’un matériau conducteur . Le matériel nécessaire est tout à fait accessible : treillis métallique, papier aluminium, cartons ou encore une poubelle en acier.
Avant de poursuivre, nous devons prendre en compte les éléments suivants :
- Si nous allons utiliser un treillis métallique ou des grilles (comme celles utilisées pour les poulaillers), les trous dans ce conducteur doivent être plus petits que la longueur du panneau à bloquer.
- L’espace intérieur doit être complètement isolé, sans fissures.
- L’épaisseur du conducteur à utiliser dépendra de la fréquence à bloquer.
Il existe de nombreuses façons de fabriquer une cage de Faraday, mais avec cette expérience simple, nous pouvons vérifier son effet de protection caractéristique :
- Fabriquez un cylindre avec un treillis métallique et une plate-forme en aluminium.
- Placez une radio allumée et réglée sur la plate-forme , puis montez le cylindre en treillis métallique sur la plate-forme. Vous remarquerez immédiatement comment la transmission radio s’arrête. Les ondes électromagnétiques que la radio devrait recevoir sont interrompues par le placement du maillage.
- Prenez deux téléphones portables et vérifiez qu’ils peuvent passer et recevoir des appels sans difficulté. Enveloppez ensuite l’un des téléphones dans une feuille de papier d’aluminium . Lorsque vous passez un appel sur ce téléphone, vous remarquerez que le signal est bloqué.
Exemples de cages de Faraday
Le principe selon lequel fonctionnent les cages de Faraday se retrouve dans de nombreux exemples tirés de la vie courante :
- Lorsque nous constatons que nos téléphones portables ne fonctionnent pas dans un ascenseur ou à l’intérieur d’un bâtiment construit avec des grilles métalliques, nous sommes confrontés à une manifestation du principe de la cage de Faraday.
- Nos fours à micro-ondes sont équipés de cages de Faraday pour éviter que leurs ondes ne s’échappent vers l’extérieur et n’aient d’effet nocif sur notre santé .
- Les combinaisons spéciales des techniciens électriciens qui réparent les lignes électriques.
- Lors de la conduite d’une voiture pendant un orage, il est recommandé de rester à l’intérieur du véhicule, car ses corps agiront comme une cage de Faraday contre la foudre.
- Des tôles ou treillis métalliques sont également placés sur les murs des laboratoires d’IRM où l’imagerie par résonance magnétique est réalisée, pour empêcher les ondes de s’échapper et protéger la santé des opérateurs.
- Les cyberattaques ont généré une gamme importante de produits pour inhiber les ondes électromagnétiques envoyées par d’éventuels pirates. Diverses sociétés proposent des accessoires pour rendre nos appareils invisibles dans le domaine des connexions sans fil : étuis pour clés de voiture, sacs à dos, enveloppes, portefeuilles ou porte-documents fabriqués selon le principe de la cage de Faraday.
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