Générateur magnéto-cumulatif - Définition

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Principes de fonctionnement

Pour un champ magnétique d'intensité constante B traversant une surface S, le flux Φ est égal à B x S.

Dans la suite du texte, on utilisera par commodité des termes comme « compression » ou « confinement », fondés sur la similarité de certaines propriétés physiques entre un champ magnétique et un gaz.

Les générateurs magnéto-cumulatifs utilisent une technique dite « de compression de flux magnétique » dont une description élémentaire est fournie plus loin. Cette technique s'appuie sur le fait que, à des échelles de temps suffisamment brèves pour que les pertes de courant induit provoquées par effet Joule soient négligeables, le flux du champ magnétique traversant une surface quelconque délimitée par un conducteur électrique (bobinage par exemple) reste constant lorsque la surface varie.

Cette conservation du flux peut être démontrée à partir des équations de Maxwell. De façon plus intuitive, elle est la conséquence du principe selon lequel tout changement d'état d'un système électromagnétique provoque un phénomène dont les effets tendent à s'opposer à ce changement. La réduction de la surface, en diminuant le flux magnétique, entraîne par réaction la production d'un courant dans le conducteur électrique, tendant à ramener le flux à sa valeur d'origine. Dans les générateurs magnéto-cumulatifs, ce phénomène est obtenu par divers procédés techniques mettant en œuvre des explosifs puissants.

Le processus de compression de flux permet ainsi à l'énergie chimique des explosifs d'être transformée en énergie électrique, le flux magnétique étant utilisé comme agent intermédiaire ; ce dernier joue ici un rôle similaire à celui d'un catalyseur dans les réactions chimiques : il permet en effet au processus de transformation de se produire, tout en restant lui-même conservé.

Description élémentaire de la compression de flux

Fig. 1 : lignes de champ magnétique à l'origine.

Un champ magnétique externe (lignes bleues) traverse une boucle fermée que l'on assimilera à un conducteur parfait (de résistance nulle). Les neuf lignes de champ représentent le flux magnétique traversant la boucle.

Fig. 2 : configuration après diminution du diamètre de la boucle.

Après diminution du diamètre de la boucle, le flux magnétique, réduit dans la même proportion que la surface, est représenté maintenant par cinq lignes de champ. La variation du flux magnétique induit un courant dans la boucle conductrice (flèches rouges), qui à son tour produit un nouveau champ magnétique (cercles verts). Le sens de circulation du courant est tel que le champ magnétique induit s'ajoute au champ externe, le flux total à l'intérieur de la boucle étant ainsi maintenu (les quatre lignes de champ vertes s'ajoutent au cinq bleues pour redonner les neuf lignes de champ d'origine).

Fig. 3 : lignes de champ magnétique après compression.

Lorsque l'on additionne le champ externe et le champ induit, on obtient la configuration finale après compression : le flux magnétique total a été conservé (bien que la distribution du champ magnétique ait été modifiée), et un courant est apparu dans la boucle conductrice.