photo du chocolat qui ne fond que grâce à la casserole
Avec une gazinière où une plaque chauffante, la chaleur est captée par la casserole par conduction, c’est à dire par contact.

Une plaque à induction en revanche, c’est froid ! Si vous l’allumez et que vous posez votre main dessus, vous ne risquez pas de vous brûler. Posez une casserole ou un objet métallique dessus, et il deviendra très vite très chaud.

Alors quelle science se cache dans cet appareil qui chauffe les éléments métalliques et pas les mains ?
La réponse est l’induction électromagnétique.

L’induction électromagnétique

Comme l’a montré Maxwell au XIXe siècle, les phénomènes électriques et magnétiques sont couplés : un aimant placé en rotation dans un conducteur va produire un courant électrique, et un courant électrique dans une bobine en fait un électroaimant. On dit qu’un champ électrique induit un courant : c’est là l’origine de l’induction, le phénomène utilisé dans une plaque à induction.

Sous la plaque sur laquelle vous posez votre casserole se trouve un important bobinage de cuivre. Quand on met la plaque en route, un courant électrique circule dans la bobine. D’après ce que je viens de dire, il y a apparition d’un champ magnétique autour des bobines :

Quand on approche la casserole, on place cette casserole dans le champ magnétique.

Or, notre casserole en métal est elle aussi conductrice d’électricité ! Le champ magnétique va induire un courant électrique dans le fond de la casserole. Ces courants portent le nom de courants de Foucault.

Enfin, comme tout conducteur traversé par un courant, la casserole va s’échauffer par effet Joule (le même phénomène qui chauffe un filament de lampe, ou une résistance chauffante) :

schéma de l’induction
Le courant électrique de la bobine produit un champ magnétique. Ce dernier va induire un courant « de Foucault » dans la casserole, et ce courant va chauffer la casserole.

Ce que disent les Équations de Maxwell

Pour aller un peu plus loin, si l’on examine les équations de Maxwell, on note que la présence seule d’un champ magnétique ne suffit pas à induire un courant électrique dans la casserole. Il faut que ce champ magnétique soit variant. C’est pour cela que dans une génératrice, l’aimant placé dans la bobine doit tourner pour produire de l’électricité.

Dans une plaque à induction, le champ magnétique est produit en envoyant un courant électrique alternatif à haute fréquence dans la bobine : le courant étant alternatif, le champ magnétique produit est variant et le fond de la casserole se voit traverser par un courant électrique qui le chauffe.

Quelques notes

Il faut noter plusieurs choses à propos des plaques à induction.

un circuit à induction
Photo d’une bobine de plaque à induction (image)

Premièrement, on ne peut utiliser que des casseroles en métal : une casserole en verre ne fonctionnera pas.
Tout autre masse de métal fonctionnera aussi (un gros bloc d’acier, par exemple).

Deuxièmement, la plupart des plaques à induction aujourd’hui détectent la présence de la casserole sur la plaque : le courant induit dans la casserole va à son tour produire un champ magnétique (opposé à celui de la bobine de la plaque), et la présence de ce champ est détectée par des capteurs. La plaque s’éteint quand on retire la casserole. Cela économise de l’énergie.

C’est pour cette raison que si votre casserole n’est pas assez épaisse, la plaque ne la détecte pas : des casseroles compatibles avec l’induction sont donc nécessaires. Ces casseroles ont un fond relativement épais et massif, pour maximiser l’intensité du courant induit et donc l’échauffement. Si aujourd’hui la plupart des casseroles sont compatibles avec tout, il faut faire attention à ce que l’on achète.

Enfin, si vous ne vous brûlez pas en posant votre main sur une plaque à induction, une casserole chaude peut avoir réchauffé la plaque (par contact), et vous risque de vous brûler quand même en posant la main sur une plaque qui vient de servir. Faites donc toujours attention.

Pour conclure, sachez que les plaques à induction fonctionnent de la même manière que les chargeurs sans fil des smartphone qui en sont doté.
Dans les téléphones, cependant, le but n’est pas de chauffer, mais de récupérer le courant induit pour alimenter la batterie. Pour ça, au lieu d’une épaisse couche d’acier, le téléphone comporte une bobine de cuivre. Au lieu de chauffer, le courant va circuler et recharger la batterie.

Si je ne recommande pas de placer votre smartphone sur une plaque de cuisson, on pourrait en revanche essayer de placer la casserole sur le chargeur sans fil. En principe, la casserole chaufferait un peu. En pratique, les chargeurs détectent le téléphone avant d’envoyer du courant. Pas sûr que ça marche, donc.

(Cet article a initialement été publié sur Le Hollandais Volant. J’ai décidé de mettre à jour et de le déplacer ici)

photo d’en-tête de appliancesonline.com

23 commentaires

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Clem wrote:

Ce champs magnétique peux-il être nocif pour l'homme ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Clem : Aucune raison de le penser^^
Après tout, nous baignons dans le champ magnétique (et électrique) terrestre. Le champ de ce genre de plaques est beaucoup plus fort, mais premièrement le corps humain n’est pas sensible à ça (aucun organe sensoriel) et ce n’est pas nocif, et deuxièmement il y a des sources de champ magnétique et électrique bien plus importants un peu partout.

La seule façon actuellement sûre pour qu’une plaque à induction puisse nous faire du mal c’est en nous brûlant sur la casserole chaude qu’on pose dessus :).

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Ced wrote:

C'est une question bête mais, pourquoi la casserole n'est elle pas attirée/répulsée par le champ magnétique produit par la plaque ? comme le fait une porte a verrou magnétique par exemple

Aussi, pourquoi le courant induit dans la casserole ne mets pas la casserole "sous tension" ? Intuitivement je serai amené à penser que le courant vienne "charger" la casserole et du coup la toucher serait dangereux... or pas du tout..

Peut-être que c'est lié à la fréquence d'oscillation du champ qui vient mettre son grain de sel... ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Ced :

pourquoi la casserole n'est elle pas attirée/répulsée

Ce n’est pas une question bête du tout, car effectivement la casserole est bien repoussée !

Pour t’en convaincre, allume la plaque, pose la casserole et soulève la légèrement (1 cm environ) : la casserole sera toujours détectée et la plaque continuera de fonctionner.
Ensuite, éteins la plaque : tu sentiras d’un coup la casserole peser plus lourd (un petit peu, mais suffisamment pour que ça se ressente quand on tient la casserole à main levée) !

Le courant électrique induit dans la casserole produit un champ magnétique qui s’oppose au champ magnétique de la bobine : la casserole et la bobine se repoussent bel et bien. Seulement cette répulsion est insuffisante pour l’envoyer valser dans les airs (et heureusement).

En revanche, si tu envoies dans la bobine un courant extrêmement fort, avec une fréquence d’oscillation très importante, alors là oui : la casserole pourra s’envoler, comme ici, où une rondelle de métallique est envoyée sur plusieurs mètres : https://www.youtube.com/watch?v=eA3SDiyMiWU

Enfin, poussée à l’extrême cette méthode est utilisée dans un Rail-Gun magnétique. Il permet d’envoyer des projectiles à des vitesses phénoménales : de 0 km/h à 9 000 km/h (mach 8) en environ 10 millisecondes : https://www.youtube.com/watch?v=eObepuHvYAw

Pour en arriver là, il faut que les deux champs magnétiques soient le plus importants possibles, et variants. Il faut donc des bobines très importantes, une intensité de courant très forte et surtout une variation très rapide du champ magnétique.
Généralement on utilise un condensateur, et l’ensemble de la puissance est obtenue lorsqu’on ferme le circuit : le courant passe de 0 à X ampères en un temps très bref (ce qui constitue une variation rapide) et ça suffit pour induire des champs magnétiques très puissants.

Aussi, pourquoi le courant induit dans la casserole ne mets pas la casserole "sous tension" ?
Intuitivement je serai amené à penser que le courant vienne "charger"

Attention, on induit un courant dans la casserole : les champs sont mises en mouvement au sein de la casserole, mais il n’y a pas de transfert de charges entre la plaque et la casserole. La casserole n’est donc pas chargée électriquement et ne sent pas de choc électrique.

De plus, le courant induit a lieu partout au sein du métal de la casserole. La différence de potentiel entre deux points (ie la tension électrique) existe, mais est (je pense) insuffisante pour être dangereuse. Il pourrait être intéressant de la mesurer avec un voltmètre (que je n’ai pas sous la main).

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seb wrote:

Par rapport à ta mise en garde à la fin, il faut quand même faire attention à ne pas avoir de bague avant de poser sa main sur une plaque sinon ça peut faire bizarre.
J'ai déjà entendu parler de gens ayant eu la main "collée" à cause d'une bague mais si je comprend bien ton article ce n'est pas possible. La bague va chauffer et nous bruler mais ça ne devrait pas nous empêcher d'enlever sa main.

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Le Hollandais Volant wrote:

@seb : en effet, la bague collée n’est pas possible.
Mais à mon avis, c’est justement parce que certains utilisateurs se sont brûlés avec des bijoux ou des montres en métal que maintenant les plaques détectent la présence de la casserole. Une bague n’a pas une « réponse » suffisante, elle n’est pas détectée par le circuit de détection dans la plaque, et la bobine cesse d’être alimentée.

C’est malheureusement aussi la raison pour laquelle les casseroles métalliques ordinaires ne marche pas (trop fines). En revanche, un gros bloc d’acier (qui « répond » suffisamment), peut être chauffé. J’ai chez moi un cube d’acier de 10 cm de côté (il pèse 8 kilos) et la plaque le chauffe sans problèmes.

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Herbert wrote:

Salut,

Juste pour signaler au passage qu'il n'est pas établi que le champ magnétique produit soit inoffensif, en particulier pour les femmes enceintes dont le bébé est tout à fait à la hauteur.
BTW, blog très sympathique, le non scientifique que je suis découvre grâce à vous beaucoup de choses!

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OlivierJ wrote:

Bonjour,

pourquoi est-ce qu'on n'utilise pas directement le 50 Hz du secteur, et on élève la fréquence au-dessus de 25 kHZ (j'ai lu 25 ou 50 selon les sources) ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@OlivierJ : l'intensité du courant induit dépend des variations du champ magnétique. Et à 25 kHz, le champ magnétique change de signe 50'000 fois par seconde, contre 100 fois si on reste à 50 Hz.

Si on voulait le même pouvoir chauffant avec du 50 Hz, il faudrait un courant plus fort dans la bobine (l'appareil consommerait plus) ou alors des bobines plus grandes ou plus longue (plus de cuivre, donc plus cher à produire).
Jouer sur la fréquence du signal est donc une solution simple pour augmenter l'efficacité de l'appareil sans coûter plus cher à produire ou à utiliser.

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jc wrote:

bonjour
j'ai démonter ma plaque a induction et sous l'inducteur (le fil de cuivre enrouler) il y a des petit rectangle noir ont dirait de la ferrite a quoi il serve
et je voudrais savoir aussi si on enlève la plaque de vitrocéramique est que le champ magnétique va quand même chauffe la casserole

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Mamatdu50 wrote:

Sympa cette article surtout le lien vers les équations de maxwell que je n'avait jamais compris.
Par contre ca peut être dangereux un champs electro magnétique rien qu'avec un pacemaker, les bigos également peuvent en prendre un coup dans le nez....

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Achess wrote:

Faut pas exagérer avec les risques qui sont avant tout un principe de précaution en cas de dysfonctionnement.

Le champ magnétique n'est maximum que quand une masse métallique est suffisante pour l'absorber. Dans ces conditions, toute l'énergie est convertie en chaleur et pratiquement ne sort à l'extérieur.

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SBA wrote:

La plaque à induction est le primaire d'un transformateur et la casserole le secondaire du transformateur qui lui se trouve en court-circuit d'où l'échauffement?
Votre avis SVP, merci.

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Le Hollandais Volant wrote:

@SBA : En quelque sorte, oui.

À part pour l’échauffement : ce dernier n’est pas dû à un court-circuit, mais à l’effet Joule.

Si on utilise une bobine de fil de fer au lieu d’une bobine de fil de cuivre, le fer ayant une résistance beaucoup plus élevée que le cuivre, le fer s’échaufferait et fondrait. C’est pour ça que la plupart des fils dans les circuits sont en cuivre : il ne s’échauffe pas.
Et c’est pour ça que les casseroles prévues pour l’induction sont généralement en acier, et non en cuivre.

Si on utilise une casserole en cuivre, l’échauffement serait moins rapide. Aussi, une plus grande partie de l’énergie serait transformée en énergie magnétique et la casserole pourrait être éjecté (plus ou moins violemment) de la table à induction.

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fofo94 wrote:

salut , j'ai bien aimé votre article . c'est très instructif ,

pourriez vous m'aidez a répondre à ces questions svp: voici mon mail( fofo94winner@gmail.com )

➢ La plaque à induction se compose d'un enroulement inducteur (bobinage d'un primaire de transformateur) placé sous une plaque vitrocéramique et alimenté par une source de tension électrique alternative à haute fréquence (20KHz à 40KHz). La source de tension alternative haute fréquence fait parcourir l'enroulement inducteur par un courant alternatif haute
fréquence créant ainsi des pôles magnétiques Nord et Sud variables au cours du temps. L'ustensile de cuisine se comporte comme un enroulement (bobinage d'un secondaire de transformateur) qui est le siège de phénomènes d'induction électromagnétique (Loi de Lenz, Loi de Faraday). Electriquement, l'ustensile se comporte comme un conducteur ohmique ayant une valeur de résistance électrique assez faible : l'intensité des courants induits est assez élevée, donc, l'énergie thermique produite au cours d'une période de la tension d `alimentation de l'enroulement inducteur est assez élevée. L'énergie électrique alternative consommée par l'enroulement inducteur est convertie en énergie électromagnétique. L'énergie électromagnétique reçue par l'ustensile est alors convertie en énergie thermique par effet Joule. Le rendement de la conversion d'énergie électrique alternative en énergie thermique est excellent.

1. Quel est l'intérêt magnétique de faire parcourir l'enroulement inducteur par un courant alternatif haute fréquence ?
2. Que voit l'ustensile lorsque l'enroulement inducteur est parcouru par un courant alternatif haute fréquence ?
3. Enoncez la loi de Lenz qui s'applique à l'ustensile lorsque l'enroulement inducteur est parcouru par un courant alternatif haute fréquence.
4. Enoncez la loi de Faraday qui s'applique à l'ustensile lorsque l'enroulement inducteur est parcouru par un courant alternatif haute fréquence.
5. Quelle est la conséquence de la loi de Faraday au niveau de l'ustensile ?
6. Quelle est la conséquence du fait que l'ustensile soit parcouru par un courant alternatif haute fréquence ?
7. Qu'est ce qui est à l'origine de la production d'énergie thermique au niveau de l'ustensile ?
8. Déterminez l'expression de la puissance active thermique produite au niveau de l'ustensile.
9. Identifiez la grandeur physique qui permet le réglage de la valeur de la puissance active thermique.
10. Peut on réaliser une plaque à induction si on alimente l'enroulement inducteur par une source de tension continue constante ? Pourquoi ?
11. Pourquoi la valeur du rendement de la conversion d'énergie électrique alternative en énergie thermique est excellente ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@fofo94 : je peux vous aider, mais je vais pas faire cet exercice à votre place ;)
Je vous laisse répondre et je vous corrige après^^

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KKP wrote:

salut tous, SVP pourais je avoir le schema de câblage avec la liste des différentes composantes et leurs carractéristique pour la réalisation d'une plaque à induction SVP ?

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Bumblebee wrote:

bonjour pourrais-je avoir des informations concernant les différent métaux utilisable sur la plaque a induction?

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Pierre beghin wrote:

Bonjour.
Je possède une plaque de cuisson à induction et je constate que le réglage de puissance provoque une alternance de phases de chauffe suivies de phases d'arrêt. S'agit-il d'un modèle de moindre qualité, ou n'existe t-il pas de système modulant la fréquence afin de produire des températures intermédiaires ? Si oui, comment les différencier à l'achat ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Pierre beghin : Bonjour,
Idem pour ma plaque à induction.

Quand je la met à 200, 400, 600 ou 800 W, la chauffe se fait par interruption. Quand je suis à 1000, 1200, 1400, 1600 ou 1800 W, je constate une intensité plus forte dans la chauffe (le bruit que ça fait).
Je ne pense pas que le réglage de puissance soit effectué en jouant sur la fréquence (c’est assez difficile), mais plutôt sur l’intensité du courant électrique dans les bobines.

Le réglage en continu doit pour se faire, mais si on réduit trop l’intensité du courant, le champ magnétique est réduit, sa portée aussi et les pertes également. À basse puissance, le rendement est donc bien plus faible. C’est donc plutôt un avantage économique/écologique.

Il doit pouvoir exister des tables de cuisson où la puissance est régulière (c’est techniquement possible), mais je ne saurais dire comment le savoir à l’achat.

En tout cas, c’est un comportement habituel pour ces appareils. Les fours à micro-ondes font un peu pareil : à basse puissance, ils alternent entre haute puissance et aucune puissance. La moyenne sur une longue durée produisant une puissance basse.


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