Au cours des siècles où l’électricité est restée un mystère naturel, et plus tard une nouveauté à la mode, elle n’est apparue que sous la forme que nous appellerions aujourd’hui courant continu (CC), c’est-à-dire avec des électrons se déplaçant dans une seule direction. Les premières batteries encombrantes (appelées piles voltaïques) et les curiosités mécaniques qui accumulaient une charge statique (comme les pots de Leyden) fournissent des électrons qui circulent dans une direction. Même les expériences célèbres de Benjamin Franklin ont utilisé une alimentation en courant continu la foudre.
Un courant continu n’a certainement rien d’inférieur, sauf si vous essayez de résoudre des problèmes d’ingénierie pratiques liés à la production d’énergie et à sa distribution sur de grandes distances. Quelques visionnaires, Tesla au premier rang desquels, ont compris à la fois que la nouvelle science de l’électricité devait être littéralement transformée et que les moyens existaient déjà en théorie ainsi que dans certains dispositifs sifflants habituellement trouvés dans les laboratoires de physique de cette époque. La solution reposait sur des courants alternatifs (AC).
Qu’Est-Ce Que Le Courant Alternatif?
Une source de courant alternatif produit des courants qui s’écoulent dans un sens, puis dans l’autre, parcourant continuellement les valeurs de crête dans les deux sens, c’est-à-dire d’abord positifs, puis négatifs, et ainsi de suite. Les avantages – qui s’avèrent tout simplement révolutionnaires – ne sont pas immédiatement évidents; ils découlent principalement de cette propriété magnétique des courants, l’induction.
Les courants continus ne provoquent pas beaucoup d’action inductive. Lorsqu’un interrupteur est lancé et que le courant circule d’abord dans un circuit CONTINU, un champ magnétique s’accumule. Le champ peut induire un courant à circuler dans n’importe quel fil à proximité, mais seulement brièvement, juste pendant les quelques instants nécessaires pour que le courant se déplace. En fait, Michael Faraday a été conduit à ses découvertes en induction en remarquant d’abord les courants momentanés induits par une source de courant continu qu’il avait allumée. Une fois le champ construit, l’induction s’arrête; les lignes de force du champ sont stationnaires et ne transportent plus de changement d’énergie dans l’espace et coupent les fils voisins.
Avec un courant alternatif, la situation magnétique n’est jamais réglée. Chaque fois que la direction du courant s’inverse, il en va de même de l’orientation du pôle de son champ magnétique associé. Le champ entier s’effondre et se reconstruit dans la direction magnétiquement opposée. Si le courant alterne continuellement, le champ n’est jamais statique. Les courants alternatifs copient en quelque sorte leurs changements d’énergie dans les circuits voisins, y rendant l’énergie disponible. Bien que tout soit très intelligent, il peut sembler que ce n’est pas un truc gagnant; pourquoi ne pas simplement connecter les deux circuits avec un morceau de fil? Pourquoi compliquer les choses avec l’induction?
Transformer le courant alternatif
Il ne s’agit pas seulement d’acheminer l’énergie vers un circuit voisin; l’induction peut être faite pour changer la forme sous laquelle l’énergie est délivrée, elle peut être transformée, au sens électrique. La manipulation de la façon dont les champs sont concentrés – généralement en fabriquant des bobines du conducteur – modifiera les propriétés des courants et des tensions induites par une source (la source primaire) dans un autre ensemble de bobines voisin (la source secondaire). Par exemple, la puissance présente dans le primaire sous forme de courant important à basse tension peut être transformée en courant faible à haute tension dans le secondaire.
Avantages CA
En règle générale, les ingénieurs préféreraient envoyer de l’électricité sur de longues lignes à très haute tension, avec un courant comparativement plus faible, mais la livrer à la plupart des utilisateurs à une tension plus sûre et plus basse. Les transformateurs rendent cela possible. La résistance dans les circuits à courant alternatif fonctionne également différemment, de sorte qu’avec une bonne conception, les pertes dans les lignes électriques sont considérablement plus faibles que dans les lignes à courant continu. (Les premières centrales à courant continu ne pouvaient desservir qu’une zone dans un rayon de quelques milles.)
Les mêmes idées de base AC, un transfert magnétique et une transformation de la puissance, peuvent également faire des moteurs très efficaces et fiables. Un avantage évident, bien qu’il y en ait beaucoup, est que la partie tournante, le rotor, n’a pas besoin d’être connectée physiquement à des contacts électriques; des champs en constante évolution dans le stator (partie fixe) transmettent la puissance. Les dispositifs CA ne sont pas non plus limités à une seule source CA; plusieurs peuvent être alimentés simultanément dans un agencement polyphasé.
