Les systèmes de puissance électrique reposent largement sur deux machines étroitement liées qui semblent, en apparence, accomplir des tâches opposées. Un générateur convertit une rotation mécanique, provenant d'une turbine mise en mouvement par la vapeur, l'eau ou le vent, en courant électrique. Un moteur électrique fait l'inverse, convertissant un courant électrique en rotation mécanique capable d'entraîner une roue, un ventilateur ou un compresseur. Les deux machines reposent en réalité sur essentiellement le même principe électromagnétique sous-jacent, simplement appliqué dans des directions opposées.
Un générateur utilise un mouvement à travers un champ magnétique pour induire un courant
Un générateur fonctionne en faisant tourner une bobine de fil à l'intérieur d'un champ magnétique, ou, de façon équivalente, en faisant tourner des aimants autour d'une bobine fixe, de sorte que le champ magnétique traversant la bobine change constamment au fil de la rotation. Ce champ magnétique changeant induit un courant électrique dans la bobine, conséquence directe de l'induction électromagnétique : chaque fois que le champ magnétique traversant un conducteur change, un courant est induit dans ce conducteur. La fonction entière d'un générateur se résume à forcer mécaniquement exactement ce genre de changement continu, convertissant l'énergie mécanique qui entraîne la rotation en énergie électrique portée par le courant induit.
Un moteur exploite la même physique en sens direct : le courant produit une force de rotation
Un moteur exploite un effet électromagnétique étroitement lié, fonctionnant dans la direction opposée : lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur situé dans un champ magnétique, ce conducteur subit une force physique. En disposant des bobines parcourues par un courant à l'intérieur d'un champ magnétique de manière que cette force pousse constamment la bobine autour d'un axe central, un moteur convertit directement l'énergie électrique du courant d'entrée en énergie mécanique de rotation. Comme les générateurs et les moteurs partagent une grande part de leur mécanisme physique sous-jacent, de nombreuses machines électriques sont en réalité conçues pour pouvoir être utilisées comme l'un ou l'autre, selon que l'énergie fournie en entrée est mécanique ou électrique.
Ce dont on n'est pas encore sûrs
Les principes électromagnétiques de base derrière les générateurs et les moteurs sont précisément définis, extrêmement bien établis par la physique et l'ingénierie électrique des dix-neuvième et vingtième siècles, confirmés sur une immense gamme de machines pratiques construites exactement sur cette base. Ce qui relève plus véritablement d'un domaine actif de recherche en ingénierie appliquée, c'est la conception de moteurs et de générateurs qui tirent davantage de puissance utilisable d'une taille et d'un poids donnés de machine tout en gaspillant moins d'énergie sous forme de chaleur, un défi persistant compte tenu de la résistance électrique et du frottement mécanique inévitables des matériaux réels — les ingénieurs continuent de développer des matériaux, des conceptions d'aimants et une électronique de commande améliorés pour repousser davantage ces limites de rendement, sans qu'aucune machine réelle n'atteigne jamais une conversion parfaite, sans perte.
Ceci se situe dans Systèmes de puissance et machines électriques, l'un des huit sujets du Génie électrique, l'un des quatre domaines de l'Ingénierie, l'une des dix-sept matières sur lesquelles l'appli peut t'interroger.