Questions aux experts

Il existe plusieurs types de générateurs électriques susceptibles de transformer une énergie mécanique en énergie électrique. Ils produisent soit des tensions continues (qui ne changent pas de sens au cours du temps), soit des tensions alternatives (dont le sens change avec le temps). Une dynamo est un générateur de tension continue. Le langage courant n'aide pas et il est source de confusion. Par exemple, le générateur utilisé sur une bicyclette fournit une tension alternative, c'est donc un alternateur, mais qu'on appelle souvent, et de façon abusive, dynamo.
Si la question porte vraiment sur la réalisation d'une dynamo, c'est un projet un peu compliqué qui demande plus qu'une bobine de fil métallique et un aimant. Il faut, aussi, un collecteur (ou commutateur) qui permet d'obtenir effectivement une tension continue.
Si la question est de fabriquer un alternateur, c'est plus simple. De manière schématique, devant une bobine constituée d'un enroulement de fil métallique, on fait tourner mécaniquement un aimant situé dans un plan perpendiculaire à celui de la bobine. Aux bornes de celle-ci on peut détecter une tension électrique. Plus l'aimant est proche de la bobine et tourne vite, plus le nombre de tours de fils de la bobine est grand, plus la tension est grande. La détection de la tension électrique avec un appareil de mesure est facile, mais si on souhaite mettre en évidence un courant électrique dans un circuit comprenant la bobine et une ampoule, c'est plus délicat. Il faut que l'intensité électrique soit suffisante pour que l'ampoule s'éclaire. Pour une bobine et une ampoule données, tout dépend de la géométrie du système, du mécanisme de mise en rotation de l'aimant et de l'ardeur de celui qui l'actionne
Ainsi, on peut fabriquer une machine qui fonctionne convenablement, mais dont on ne peut montrer qu'elle fonctionne effectivement. Cette expérience risque finalement d'être décevante pour les élèves.

Les phénomènes d'induction électromagnétiques peuvent être aussi bien illustrés par la transformation d'énergie mécanique en énergie électrique que par la transformation inverse. Si l'objectif est d'étudier des phénomènes complexes de ce type, on peut envisager les propositions d'expériences suivantes, qui ne répondent pas à la question posée, mais à des questions voisines.

1) Étudier la constitution et le fonctionnement d'un alternateur de bicyclette en en faisant tourner le molette et en éclairant une ampoule électrique mise en série avec l'alternateur. En le démontant, on peut identifier l'aimant (voir sa forme), l'enroulement de fil métallique (voir également sa forme), les bornes de sortie de la bobine et le mouvement relatif de l'un par rapport à l'autre. Mais c'est de l'observation, pas de la fabrication.

2) En revanche, il est facile de fabriquer un système qui transforme de l'énergie électrique (celle d'une pile plate de 4,5 V) en énergie mécanique, c'est-à-dire un moteur électrique.

Recette : fabriquer une petite bobine plate rectangulaire de fil de cuivre isolé et fin, d'une dizaine de spires au plus, dont la longueur soit inférieure à la distance entre les électrodes de la pile plate (moins de 5 cm) et dont la largeur soit d'environ 1 cm, placer la pile sur un plan horizontal, redresser les deux électrodes de la pile afin de les rendre verticales et parallèles, percer un trou de diamètre légèrement supérieur à celui du fil de cuivre et à la même altitude sur chacune des électrodes, aussi haut que possible, placer un petit aimant plat sur la pile, entre les deux électrodes, sans qu'il soit en contact électrique avec elles, placer les fils de sortie de la bobine dans les trous des électrodes, en prenant soin de dénuder au préalable l'isolant pour qu'il y ait contact électrique au niveau des trous des électrodes, donner une pichenette pour mettre le cadre en rotation, il continue ensuite à tourner tour seul. C'est un petit moteur électrique.
Comme la plupart des systèmes en rotation, le cadre a un point mort et si on ne lance pas le moteur, il reste immobile à ce point mort, le moteur est bloqué et l'intensité du courant dans la bobine est assez grande pour que la pile soit rapidement usée. Le fil de cuivre, les électrodes et la pile elle-même chauffent. Faire ainsi découvrir ou observer qu'un moteur bloqué chauffe. Il ne faut jamais laisser un vrai moteur bloqué, c'est très mauvais pour le moteur. Bien entendu, il ne faut jamais bloquer un vrai moteur, c'est également dangereux pour les personnes. Pour assurer la sûreté des biens et la sécurité des personnes, les machines tournantes sont protégées par des capots. Si un moteur est bloqué accidentellement, pour qu'il ne grille pas, il faut, sans tarder, interrompre l'alimentation électrique.