Un cuisinier pourrait dire que le terme "Induction" est un peu mis à toutes les sauces !

C'est assez vrai pour la déclinaison de beaucoup d"équipements électriques couramment utilisés aujourd'hui:

• Les plaques de cuisson
• Les chargeurs de téléphone
• Les brosses à dents électriques...

Tous ces appareils utilisent les mêmes propriétés celles de "Champs électromagnétiques"

"Les mécanismes de transformation de l’énergie magnétique en énergie thermique ne sont pas encore totalement vulgarisés, pourtant ils ont été établis dès le début de l’année 1830 à partir des travaux d’Oersted.

C’est particulièrement Maxwell, Faraday et Lenz qui ont défini les principales lois de l’électromagnétisme. Les équations de Maxwell permettent de calculer tous les phénomènes électromagnétiques. Les lois de Faraday et Lenz permettent de les expliquer et de les démontrer.

Ces phénomènes sont respectivement appelés : champ électrique, champ magnétique, induction électrique et induction magnétique."

(Source: Pratique de l'induction en fonderie, p13. ISBN 978-2-71-190243-9)

L'image ci-dessus visualise le principe d'un transformateur d'énergie électrique: 

• Un anneau magnétique
• Une bobine primaire (alimentation)
• Une bobine secondaire (utilisation)

La bobine Primaire crée un champ magnétique qui est transporté par l'anneau magnétique et lu ensuite par la bobine secondaire. La restitution sera fonction du nombre de spires de la bobine secondaire.

C'est le principe du transformateur d'énergie électrique.

La photo ci-dessus reprend l'exemple précédent, on peut identifier les éléments suivants:

• L'anneau magnétique en noir
• La bobine primaire en rouge à droite (1 spire)
• La bobine secondaire en jaune à gauche (24 spires)

Cet exemple de mini transformateur fonctionne en abaisseur de puissance (beaucoup de spires au secondaire).

Si on permute les bobines, le transformateur fonctionnera en élévateur de puissance (peu de spires au secondaire).

Les courants induits par les bobines sont dits: "Courant de Foucault"

C'est le principe de l'induction magnétique.

Principes Fondamentaux de l'induction

"Tout corps conducteur de l’électricité [2] [7] s’échauffe par effet Joule quand il est parcouru par un courant électrique. Cet échauffement peut aussi s’obtenir en plaçant ce conducteur dans un champ magnétique variable. C’est le chauffage par induction électromagnétique."

(Source: Pratique de l'induction en fonderie, p27. ISBN 978-2-71-190243-9)

L'image ci-dessus monte une application des courants induits avec une bobine secondaire à 3 spires, donc en élévateur de puissance. Ainsi le morceau d'acier, placé au coeur du champ magnétique de la bobine d'induction, peut être chauffé à haute température.

C'est le cas type de l'usage industriel de l'induction en fonderie et en forge par exemples.

Ci-dessus l'exemple d'une plateforme de fusion en fonderie de fonte:

Celle-ci est équipe de 2 fours à induction à Moyenne fréquence, de 8 tonnes de capacité (vue arrière, côté décrassage).

(Source: ABB/ABP Germany)

"Les premiers équipements datent du début du siècle dernier. Parmi les pionniers de cette technologie on peut citer Kjellin, Rodenhauser, Wyatt et Russ. A cette époque, ces fours sont utilisés uniquement en laboratoire, en effet leurs faible fiabilité interdit un usage industriel. A partir de 1920, ce sont les progrès apportés aux condensateurs statiques  et aux convertisseurs qui permettent le développement des fours à induction."

(Source: Pratique de l'induction en fonderie, p9. ISBN 978-2-71-190243-9)

Ci-dessus, le même four que précédemment.

Après fusion de la fonte à 1500°C, le métal est vidangé dans une poche de coulée (vue avant côté bec de coulée)

"Néanmoins il faut attendre les années 30 pour voir apparaître en fonderie des fours jusqu’à 4 tonnes de capacité [7]. A partir de ces premières applications industrielles, la progression est rapide et constante à partir de 1955 (figure 1), notamment en fonderie de fonte et d’alliages cuivreux. Jusqu’aux années 70 les fours à induction sont principalement à la fréquence réseau (50 Hz) et le développement est centré sur l’augmentation de la capacité pour atteindre une centaine de tonnes.

Comme l’indique la figure "La fusion dans le monde" (Page 1 au début de ce blog), c’est la crise pétrolière de 1973 qui met un frein au développement des fours à creuset de grande capacité à basse fréquence. En fonderie, la répercussion n’est visible qu’à partir de 1975."

(Source: Pratique de l'induction en fonderie, p9. ISBN 978-2-71-190243-9)

Déclinaisons du procédé de "l’Induction » :

A partir des années 70, c'est la production d’électricité d’origine "Électronucléaire" qui est en démarrage et l'accompagnement des applications industrielles, Forge et Fonderie, qui ont porté le développement des procédés utilisant l’induction.

A cette époque EDF promettait un coût du kWh à la baisse et incitait fortement les industriels à entreprendre une mutation énergétique vers l'électricité au détriment des autres formes d’énergie (Fuel, Gaz et Charbon).

Application culinaire de l’induction :

Partie de zéro en 1972, il faudra 20 années pour que l'électricité d'origine nucléaire atteigne une phase plateau autour de 400 TWh. EDF doit poursuivre sa politique du « tout électrique », en se tournant notamment vers les particuliers et leur habitat.

Après l’électrification du chauffage au détriment du fuel, il faudra attendre les années 90 pour voir apparaitre les premières plaques à induction telles que l'image ci-dessus. Ce produit peine à trouver sa place entre le gaz (peu cher) et les plaques à rayonnement halogène en plein développement.

En fait le faible développement de l’induction culinaire reste lié à une méconnaissance du procédé et surtout à un argumentaire mal construit. En effet la réduction de la consommation électrique n'est pas assez quantifié et mis en avant par rapport aux plaques à rayonnement. Il est clair aussi que EDF ne propose pas encore des économies d’énergie.

Four de fusion d'aluminium à bobine courte:

Durant les années 70 / 80, les fours à induction en fonderie se sont développés en direction de tous les alliages ferreux et non-ferreux.

La photo ci dessus montre l'un des plus grands fours à induction du monde (110 tonnes d'aluminium). La taille du technicien à la manoeuvre en bas à droite de la photo permet d'apprécier la grandeur de cet équipement.

(Source: Otto Junker Germany)

Plateforme de fusion:

La photo ci-dessus montre la structure inférieure d'un four de fusion à induction à creuset pour la fonte. On doit remarquer en particulier la bobine cylindrique d'induction en rose. La photo suivante est plus explicite à propos de la bobine.

(Source ABB/ABP Germany)

Bobine d'induction pour four de fusion:

La photo ci-dessus montre la bobine cylindrique une fois démontée. C'est un serpentin de cuivre de section carré refroidie à l'eau. 

Il existe de multiple formes de bobines pour les applications en fonderie et en forge:

• De section cylindrique
• De section carré ou rectangulaire 
• De section  plate  on incurvée...

Installation électrique de puissance:

La photo ci-dessus montre l'intérieur d'une armoire électrique de puissance. selon l'usage et la taille des fours elle peut développer plusieurs MégaWatts de puissance et ce dans plusieurs fréquences.

On distingue le transformateur primaire, en bas à droite et les circuits de filtrage et de commande à gauche.

(Source: Otto Junker Germany)