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Chapitre 1 – Le champ magnétique

Première Bac Pro – Groupement 2  |  Physique – Électricité  |  Aimants, bobines et champ magnétique

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Objectifs du chapitre
Situation professionnelle

Romain, apprenti électrotechnicien chez ÉlectroPro Services, participe à l'installation d'un système de contrôle électromagnétique sur une chaîne de tri industrielle. Le système utilise un électroaimant alimenté en courant continu pour séparer les pièces métalliques ferreuses des autres matériaux sur un tapis roulant.

Son tuteur lui pose les questions suivantes :

  1. Comment l'électroaimant crée-t-il un champ magnétique ?
  2. Comment déterminer la direction et le sens de ce champ ?
  3. Que se passe-t-il si on augmente le courant dans la bobine ?

Ce chapitre apportera les réponses à ces questions.

1. Les aimants

1.1 Aimants permanents

Définition Un aimant permanent est un objet qui crée un champ magnétique autour de lui de manière permanente, sans avoir besoin d'une alimentation électrique. Il possède toujours deux pôles : un pôle Nord (N) et un pôle Sud (S).

On rencontre des aimants permanents dans de nombreux objets du quotidien :

1.2 Propriétés des aimants

Propriété
Attention Un aimant n'attire pas tous les métaux. Le cuivre, l'aluminium, le zinc ou l'or ne sont pas attirés par un aimant. Seuls les matériaux ferromagnétiques (fer, acier, nickel, cobalt) le sont.
Mini-exercice 1

Parmi ces matériaux, lesquels sont attirés par un aimant : fer, cuivre, acier, aluminium, cobalt, plastique ?

2. Le champ magnétique

2.1 Notion de champ magnétique

Définition Le champ magnétique, noté \(\vec{B}\), est une grandeur vectorielle qui caractérise l'influence magnétique en un point de l'espace. Il possède :

2.2 Lignes de champ

On peut visualiser le champ magnétique grâce à de la limaille de fer saupoudrée autour d'un aimant. Les grains de limaille s'alignent le long des lignes de champ.

Propriété Les lignes de champ magnétique :
S N Lignes de champ d'un aimant droit

2.3 Unité et ordres de grandeur

Définition L'intensité du champ magnétique \(B\) s'exprime en tesla (symbole : T), du nom du physicien Nikola Tesla.

Voici quelques ordres de grandeur à connaître :

SourceValeur de \(B\)
Champ magnétique terrestre\(\approx 50\;\mu\text{T} = 5 \times 10^{-5}\;\text{T}\)
Aimant de réfrigérateur\(\approx 5\;\text{mT}\)
Aimant permanent puissant (néodyme)\(\approx 0{,}3\) à \(1\;\text{T}\)
Électroaimant industriel\(\approx 1\) à \(2\;\text{T}\)
IRM médicale\(\approx 1{,}5\) à \(3\;\text{T}\)
Attention Le tesla est une unité très grande. Dans la vie courante, on utilise souvent le millitesla (mT = \(10^{-3}\) T) ou le microtesla (\(\mu\)T = \(10^{-6}\) T). Le champ terrestre ne vaut que \(50\;\mu\)T !

3. Champ magnétique créé par une bobine

3.1 La bobine : un électroaimant

Définition Une bobine (ou solénoïde) est un enroulement de fil conducteur. Lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique, elle crée un champ magnétique semblable à celui d'un aimant droit, avec un pôle Nord et un pôle Sud.

La bobine se comporte comme un électroaimant : son champ magnétique existe uniquement lorsque le courant circule. Si on coupe le courant, le champ disparaît.

C'est le principe utilisé dans les relais, les contacteurs, les électrovannes et les systèmes de tri magnétique rencontrés en électrotechnique.

3.2 Sens du champ : la règle de la main droite

Méthode Règle de la main droite pour une bobine :
  1. Enrouler les doigts de la main droite dans le sens du courant qui circule dans les spires.
  2. Le pouce pointe alors dans la direction du pôle Nord de la bobine, c'est-à-dire dans le sens du champ magnétique \(\vec{B}\) à l'intérieur de la bobine.
courant sortant ⊙ courant entrant ⊗ B S N

Les doigts suivent le courant dans les spires (⊙ il sort, ⊗ il entre) ; le pouce donne le sens de \(\vec{B}\), vers le pôle Nord.

B S N I ↻ Champ magnétique à l'intérieur d'une bobine
À retenir

À l'intérieur d'une bobine longue (solénoïde), le champ magnétique est uniforme : il a la même valeur et la même direction en tout point. Il est dirigé selon l'axe de la bobine.

Mini-exercice 2

On inverse le sens du courant qui circule dans une bobine. Qu'arrive-t-il à ses pôles Nord et Sud ? Et au sens du champ \(\vec{B}\) ?

3.3 Proportionnalité entre B et I (bobine sans noyau de fer)

Propriété Pour une bobine sans noyau de fer (bobine « à air »), l'intensité du champ magnétique \(B\) à l'intérieur est proportionnelle à l'intensité du courant \(I\) : \[B = k \times I\] où \(k\) est une constante qui dépend de la géométrie de la bobine (nombre de spires, longueur, rayon).

Formule :

\[B = k \times I\]

\(B\) en tesla (T)  |  \(I\) en ampères (A)  |  \(k\) en T/A (constante de la bobine)

Conséquences de cette proportionnalité :

Exemple 1 : Une bobine de 500 spires a une constante \(k = 0{,}002\;\text{T/A}\). Calculer \(B\) pour \(I = 3\;\text{A}\).

\(B = k \times I = 0{,}002 \times 3 = 0{,}006\;\text{T} = 6\;\text{mT}\)

Exemple 2 : Pour la même bobine, quel courant faut-il pour obtenir \(B = 10\;\text{mT}\) ?

\(I = \dfrac{B}{k} = \dfrac{0{,}010}{0{,}002} = 5\;\text{A}\)

Mini-exercice 3

Une bobine sans noyau a une constante \(k = 0{,}0015\;\text{T/A}\). Calcule le champ \(B\) (en mT) pour \(I = 4\;\text{A}\), puis le courant nécessaire pour atteindre \(B = 9\;\text{mT}\).

3.4 Effet d'un noyau de fer

Propriété L'insertion d'un noyau de fer dans une bobine augmente considérablement l'intensité du champ magnétique (jusqu'à plusieurs centaines de fois). La relation \(B = k \times I\) n'est alors plus valable : le fer sature à partir d'une certaine intensité.

C'est le principe des électroaimants industriels utilisés dans les systèmes de levage, les contacteurs électriques et les relais de puissance.

4. Applications professionnelles

4.1 L'électroaimant en électrotechnique

Les électroaimants sont omniprésents en électrotechnique :

4.2 Retour à la situation professionnelle

Réponses aux questions de Romain :
  1. Comment l'électroaimant crée-t-il un champ magnétique ?
    La bobine de l'électroaimant, parcourue par un courant continu, crée un champ magnétique semblable à celui d'un aimant. Le noyau de fer amplifie ce champ.
  2. Comment déterminer la direction et le sens du champ ?
    On utilise la règle de la main droite : les doigts s'enroulent dans le sens du courant et le pouce indique le pôle Nord.
  3. Que se passe-t-il si on augmente le courant ?
    Pour une bobine sans noyau de fer, le champ \(B\) est proportionnel au courant \(I\). Augmenter le courant augmente la force d'attraction de l'électroaimant.

5. Erreurs fréquentes

Erreur 1 Croire qu'un aimant attire tous les métaux

Faux : seuls les matériaux ferromagnétiques (fer, acier, nickel, cobalt) sont attirés. Le cuivre, l'aluminium, le zinc et l'or ne le sont pas. ✅ Conseil : un fil électrique en cuivre n'est jamais attiré par un aimant.

Erreur 2 Oublier que le champ d'une bobine disparaît sans courant

Contrairement à un aimant permanent, l'électroaimant ne produit un champ que lorsque le courant circule. Coupe le courant → le champ s'annule. ✅ Conseil : c'est justement ce qui permet de commander relais et électrovannes.

Erreur 3 Confondre les unités du tesla

1 mT = \(10^{-3}\) T et 1 µT = \(10^{-6}\) T. Le champ terrestre vaut 50 µT, soit \(5 \times 10^{-5}\) T, et non 50 T. ✅ Conseil : un vrai tesla, c'est déjà le champ d'une IRM.

Erreur 4 Appliquer \(B = k\,I\) avec un noyau de fer

La proportionnalité \(B = k \times I\) n'est valable que pour une bobine à air. Avec un noyau de fer, le champ est amplifié puis sature : la relation n'est plus linéaire. ✅ Conseil : vérifie toujours si l'énoncé précise « sans noyau de fer ».

6. L'essentiel du chapitre

À retenir