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BELZANNE Louis DEVRIENDT Bastien

REMY Aymeric

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SSOOMMMMAAII RREE

II NNTTRROODDUUCCTTII OONN

11EERREE PPAARRTTII EE :: LL EESS TTRRAAII NNSS AA SSUUSSTTEENNTTAATTII OONN EELL EECCTTRROOMM AAGGNNEETTII QQUUEE Introduction. I°) Principe du magnétisme et d’électromagnétisme. 1°) Magnétisme. 2°) Electromagnétisme. 3°) Lexique. II°) Electromagnétisme et Transrapid. 1°) La propulsion. 2°) La lévitation. 3°) Le freinage. III°) Avantages et inconvénients. 1°) Avantages. 2°) Inconvénients. Conclusion.

22EEMM EE PPAARRTTII EE :: LL EESS HHAAUUTTSS--PPAARRLL EEUURRSS

Introduction. I°) Le son. II°) Le haut-parleur. III°) Evolution et différents types de hauts-parleurs. 1°) Evolution du haut-parleur. 2°) Différents types de hauts-parleurs. Conclusion.

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33EEMM EE PPAARRTTII EE :: LL EE GGRRAANNDD CCOOLL LL II SSII OONNNNEEUURR DDEE HHAADDRROONNSS

Introduction. I°) Pourquoi courber la trajectoire des protons ? II°) Force magnétique de Lorentz. 1°) Expérience. 2°) Force de Lorentz. III°) Et en pratique ? Conclusion.

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II NNTTRROODDUUCCTTII OONN

Dès la plus haute antiquité, les grecs (Thalès, au VI° siècle avant J-C) ont constatés que l’ambre jaune avait des propriétés caractéristiques : frotté, l’ambre est capable d’attirer

des corps légers. « Ambre jaune » se dit en grec êlectron, d’où electrum en latin classique, et electricitas, dans le latin scientifique du XVII° siècle.

Thalès aurait le premier, noté les propriétés magnétiques de la pierre d’aimant (oxyde

de fer), rapporté de Magnésie, et appelé de ce fait magnétite. Il aurait observé que cette pierre attire les substance de même espèce, ainsi que le fer. Le philosophe grec Platon constata que le fer, mis en contact avec la magnétite, présente aussi cette propriété : il est aimanté.

Le physicien danois Christian Oersted (1777-1851) a été l’un des premiers à remarquer le lien entre le courant électrique et le champs magnétique, défrichant un nouveau domaine de la physique : l’électromagnétisme. Il avait constaté qu’une aiguille aimantée était déviée au voisinage d’un conducteur parcouru par un courant.

Actuellement, l’électromagnétisme est utilisé dans bien des domaines. Nous allons nous intéresser à trois d’entre eux. Ainsi, nous étudierons dans une première partie les trains à sustentation électromagnétiques. Dans une deuxième partie, nous analyserons un haut-parleur à résonance électromagnétique. Enfin, nous verrons dans une dernière partie le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC).

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11EERREE PPAARRTTII EE :: LL EESS TTRRAAII NNSS AA SSUUSSTTEENNTTAATTII OONN

EELL EECCTTRROOMM AAGGNNEETTII QQUUEE OOUU

CCoommmmeenntt ll ’’ éélleeccttrroommaaggnnééttiissmmee eesstt--ii ll uuttii ll iisséé ddaannss lleess ttrraaiinnss àà ssuusstteennttaattiioonn

TPE Les trains à sustentations magnétiques

Comment s’utilise l’électromagnétisme dans ce type de train à sustentation

Introduction : Pour avancer et assurer sa lévitation le train à sustentations nécessite l’intervention du magnétisme à plusieurs étapes de son fonctionnement. Au contraire du train classique il ne se trouve jamais en contact avec les rails. Ces trains utilisent donc l’électricité et la transforme en énergie magnétique Actuellement il existe deux types de trains utilisant ce principe : L’EDS (suspension électrodynamiques) et L’EMS (suspension électromagnétique). Dans notre cas nous nous intéresserons à L’EMS et son principal représentant le Transrapid allemand. Dans un premiers temps nous définirons ce qu’est l’électromagnétisme. Nous verrons ensuite comment s’utilise ce phénomène dans ces nouveaux types de trains. Nous établirons enfin la liste des avantages de cette technologie dite de non contact.

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II -- PPRRII NNCCII PPEESS DDUU MM AAGGNNEETTII SSMM EE EETT DD’’ EELL EECCTTRROOMM AAGGNNEETTII SSMM EE

1) Le magnétisme :

Un champ magnétique peut être crée par un aimant ou par un courant électrique. En effet un fil traversé par un courant produit un champ magnétique.

Un électroaimant fonctionne avec le même principe il a une quantité « x » d’enroulements de fils de cuivre qui sont des spires. Le champ magnétique augmente en fonction du nombre de spires et de l’intensité du courant qui les traverse.

2) Electromagnétisme :

En 1819 Christian Oersted constate lors d’une expérience avec une boussole que le courant avait sa place dans le magnétisme. La boussole à côté d’un fil électrique soumis à du courant déviait. Un courant crée donc un champ magnétique. L’induction magnétique (en Tesla) est telle que :

où :

µ0 est la perméabilité du vide = 4p.10-7 I : intensité du courant en ampère d : distance entre le point considéré et le conducteur. 1 gauss = 1 maxwell / cm² = 10-4 teslas

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. Si deux aimants permanents peuvent interagir entre eux, c’est aussi le cas pour deux électroaimants ou un électroaimant et un aimant permanent. Nous utiliserons donc le principe de répulsion ferromagnétique entre un électroaimant et un aimant permanent pour le train à sustentation magnétique.

Ci-dessous, la représentation du champ magnétique crée autour d’une bobine Le sens du champ magnétique est dépendant du sens du courant, soit le même sens à l’intérieur des spires (droite ici).

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3) Lexiques des notions importantes du sujet

Bobine : Une bobine est un enroulement de fil conducteur protégé par une gaine isolante mais faisant tout de même perdre de la chaleur donc de l’énergie.

LLEEVVIITTAATTIIOONN MMAAGGNNEETTIIQQUUEE :: CCEE PPRRIINNCCIIPPEE PPEERRMMEETT DDEE FFAAIIRREE FFLLOOTTTTEERR UUNN OOBBJJEETT GGRRAACCEE AAUU CCHHAAMMPP

MMAAGGNNEETTIIQQUUEE CCRREEEE PPAARR DDEEUUXX AAIIMMAANNTTSS.. LLAA LLEEVVIITTAATTIIOONN EESSTT EENN FFAAIITT UUNN PPHHEENNOOMMEENNEE DDEE

RREEPPUULLSSIIOONN LLEESS DDEEUUXX AAIIMMAANNTTSS SSEE RREEPPOOUUSSSSEENNTT.. SSUUSSTTEENNTTAATTIIOONN MMAAGGNNEETTIIQQUUEE :: EETTAATT DD’’ UUNN CCOORRPPSS MMAAIINNTTEENNUU AA FFAAIIBBLLEE DDIISSTTAANNCCEE AAUU--DDEESSSSUUSS

DD’’ UUNNEE SSUURRFFAACCEE EETT SSAANNSS CCOONNTTAACCTT AAVVEECC EELLLLEE GGRRAACCEE AA UUNN CCHHAAMMPP MMAAGGNNEETTIIQQUUEE..

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II II -- LL ’’ UUTTII LL II SSAATTII OONN DDEE LL ’’ EELL EECCTTRROOMM AAGGNNEETTII SSMM EE DDAANNSS LL EE

FFOONNCCTTII OONNNNEEMM EENNTT DDUU TTRRAANNSSRRAAPPII DDEE

1) La propulsion.

Pour la propulsion ne n’avons pas un moteur classique. C’est un moteur sans contacts linéaire synchrone à stator long qui reçoit la motricité produite par la force magnétique (composé de bobinages triphasés disposés sur les voies les élécro aimants sont posés sur le train). Cette force de propulsion dépend d'une énergie magnétique.

Fonctionnement : La propulsion est assurée par un jeu d'attraction et de répulsion pour cela les bobines du train restent du même signe et ce sont les bobines de la voie qui changent de signe afin que le train progresse le long de celle-ci. Le moteur est en fait constitué comme un moteur électromagnétique classique dont on aurait étiré le stator sous la voie de guidage.

Comme nous l’avons déjà vu la vitesse du train varie en fonction du courant alternatif et de la fréquence qui est envoyé dans les bobines de la voie (en courant alternatif, la variation des pôles nord et sud est dépendante de la fréquence du courant).

le courant génère donc une onde magnétique qui se déplace parallèlement à la voie, attirant ainsi le train.

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L’alimentation :

Afin d'éviter les pertes d'énergie, et d'augmenter la sécurité (comme nous le verrons plus loin), la voie est répartie en sections qui propulsent le train à tour de rôle.

L’alimentation du transrapid se fait par des générateurs répartis en sections sous la voie et transmises par des cables à 20k volts.

le train n'est pas alimenté pour le déplacement (propulsion + lévitation + guidage).

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2) La lévitation.

La lévitation magnétique est un principe qui compense le poids du train grâce à une force créée par des aimants. Sans l’intervention d’un quelconque appui cette compensation de la gravité permet de mettre le train en gravitation.

Quant le train est en suspension électromagnétique, il est équipé de bobines chargées de courant, ceci est contrôlé depuis le poste de conduite. La lévitation est donc contrôlée.

calcul de la force portante de la bobine :

dans laquelle : F : force portante en (N) B : induction en teslas (T) S : surface d’un disque formé par des spires

Voici une expérience de répulsion de deux bobines : principe de lévitation et de guidage du train. Calcul de la force portant nécessaire à la lévitation de la bobine de 50g.

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Résistance électrique :

Aptitude d'un conducteur à s'opposer au passage du courant électrique.

La résistance dissipe d'énergie sous forme de chaleur. C’est d'effet Joule. Cette production de chaleur est parfois un effet souhaité (résistances de chauffage), parfois un effet néfaste (pertes joules).

Lorsque l’on connaît le poids du train on peut trouver la taille des solénoïdes, l’intensité et la tension du courant à leur appliquer pour que la force portante compense totalement le poids. On doit se trouver dans une situation d’inertie, qui va permettre d’atteindre des vitesses élevées puisque les frottements avec le support sont inexistants.

Mais la répulsion magnétique est un phénomène assez peu stable qui demande d’être contrôlé. C’est pour cette raison que des électroaimants sont aussi disposés sur les côtés de rails de guidage pour permettre la stabilité totale. Le train est forcé de rester au centre de son rail. La somme des vecteurs force de droite et de gauche est bien évidemment égale au vecteur nul, pour que le train reste au centre. On peut voir ci-dessous les rails qui maintiennent la rame au centre.

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3) Le freinage

Etant donnée la très grande vitesse du train, il faut pouvoir l'arrêter efficacement,.

Ce freinage se fait encore sans contact.

Dans le cas du système de sustentation, le freinage se fait par ralentissement des ondes magnétiques qui tirent le train.

Dans le cas du système de lévitation, le freinage s'effectue par des aérofreins (en jaune) situés sur le train.

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III- AVANTAGES ET INCONVENIENTS

En l'absence de système important en exploitation, on manque de recul pour apprécier les avantages et inconvénients réels

par rapport au chemin de fer classique, notamment sur le plan économique. Malgré tout on peut répertorier certains avantages

ou inconvénients des trains à sustentation magnétique

Avantages :

Par rapport aux chemins de fer traditionnels, les trains à sustentation magnétique présentent de nombreux avantages :

Vitesses plus élevées

Meilleures accélérations Franchissement de pentes plus fortes

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Risque presque nul de déraillement dans des constructions telles que le Transrapid

À vitesse égale, ils produisent moins de bruit (mais à la surprise générale, une étude néerlandaise de l'Institut de recherche néerlandais TNO sur le Maglev révèle que le train magnétique n'est pas aussi silencieux que promis)

Meilleur rendement énergétique (consommations proportionnellement plus faibles).

Inconvénients :

Prix de construction des voies très important.

En effet le maglev lévite grâce à des aimants contenus sur les wagons et à des bobines conductrices dans les rails. Ces aimants sont fait de niobium et de titane et sont refroidis à -269°C (4,5 K) par de l'hélium liquide pour pouvoir conserver leurs supraconductivité.

Incompatibilité avec les réseaux traditionnels

Peu adapté au fret lourd.

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IV CONCLUSION

Cette nouvelle technologie est prometteuse car elle permet de gagner de la vitesse de la consommation d’énergie malheureusement elle reste relativement couteuse. La technologie du train à sustentation magnétique est assez pointue nous retiendrons schématiquement qu’elle est divisée en deux parties : La lévitation et la propulsion possibles grâce à la suspension électromagnétique produite par les électroaimants et un moteur linéaire synchrone à stator long. Le train gagne de la vitesse avec un courant alternatif envoyé dans les bobines de la voie et à l’ajustement des fréquences. Le freinage est assuré par un moteur pour réduire la vitesse avec des aérofreins situés sur le haut du train permettant d’augmenter le frottement de l’air. Le fonctionnement du train se produit par électromagnétisme afin de le faire léviter propulser et freiner.

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Principales sources

Les site officiels Transrapid International http://www.transrapid.de/

http://www.transrapid-usa.com/

Généralités sur les trains à sustentation magnétique http://maglev.de/index.php?en

http://www.thyssenkrupp-transrapid.de/download/it_french.pdf

Un site sur le train à sustentation magnétique de Munich http://www.magnetbahn-bayern.de/LINKS/Literatur/Francais/francais.html

Des sites de TPE d'élèves http://home.tele2.fr/trainsmagnetiques/

Des sites traitants de magnétisme http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23B/RM23B10.html http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23B/RM23B11.html http://perso.wanadoo.fr/f5zv/RADIO/RM/RM23/RM23B/RM23B12.html

Wikipedia, l'encyclopédie libre en ligne http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectroaimant http://fr.wikipedia.org/wiki/Magn%C3%A9tisme

Autres sites :

http://www.yxmagnetic.com/magnets/aimant/suisse/magnetisme-principes-applications.html http://www.mardimidi.com/ext/wilkain/dossier1/dossier1.html

http://www.crpal.be/connaissances/Brushless.pdf bayardweb.com/article/index.jsp?docId=2268161 - 42k -

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22EEMM EE PPAARRTTII EE :: LL EESS HHAAUUTTSS--PPAARRLL EEUURRSS

Introduction : Le haut-parleur est une invention datant du 10 décembre 1877, le premier brevet concernant un haut-parleur à bobine mobile fut accordé à Siemens. L’étude des hauts parleurs permettra de mettre en évidence le rôle moteur des forces de Laplace et la conversion d’énergie électrique en énergie mécanique. Un haut-parleur est un transducteur électromécanique destiné à produire des sons à partir d'un signal électrique, c’est une sorte de moteur, généralement il est constitué d'une bobine électrique mobile baignant dans le flux magnétique d'un aimant.

Problématique : Quel rôle joue l’électromagnétisme dans un haut-parleur ?

Plan :

I : Le son

II : Le haut-parleur

III : L’évolution et les différents types de haut-parleur

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II :: LL EE SSOONN Le son est une manifestation de l’énergie en vibration d’un objet. Le son est une onde dite "de compression". Dans de l'air, la pression est la même partout, et l'air a partout la même densité. Un son est une perturbation de la pression de l'air. Lorsqu'un son traverse l'air, on peut observer des zones où la pression de l'air est plus importante que lorsqu'il n'y a pas de son. Dans ces zones, l'air est plus comprimé. On observe aussi des zones où l'air est plus dilaté, dans des zones de dépression. Ces perturbations de la pression de l'air se déplacent : c'est l'onde sonore. Les ondes sonores se propage a une vitesse de 334m/s dans l’air sec. Le son se caractérise par une fréquence (la hauteur du son) et par une amplitude (l'intensité du son). La fréquence du son s’exprime en Hertz :la bande des fréquences audibles s'étend de 20Hz à 20000 Hz. Les fréquences en dessous de 20Hz sont les infrasons et celle au dessus de 20000Hz sont les ultrasons. À une fréquence faible correspond un son grave, à une fréquence élevée un son aigu. L’intensité du son s’exprime en Décibel : Le seuil d'audibilité est 0dB à 1000Hz jusqu'à 130 Décibels. Les ultrasons : L’ultrason est un son dont la fréquence est trop élevée pour être audible pour l'oreille humaine (le son est trop aigu). Ils ont été découverts en 1883 par le physiologiste anglais Francis Galton. Les infrasons : Un infrason est un son dont la fréquence est inférieure à 20 Hz. Il est donc trop grave pour être perçu par l'oreille humaine (le son est trop grave).

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II II :: LL EE HHAAUUTT –– PPAARRLL EEUURR

A - Le principe :

Le Haut-parleur est l’appareil qui permet le mieux de visualiser la présence d’un son . Le principe d’un haut parleur est simple : par le mouvement de va et vient d’une membrane, le haut parleur créer des compressions et des raréfaction qui réalise l’onde sonore. On pourrait séparer le haut parleur en trois parties principales : ° Un aimant à symétrie cylindrique (A), qui crée un champs magnétiques. ° Une bobine mobile (F), parcourue par un courant . ° Une membrane solidaire de la bobine mobile , qui va suivre la bobine mobile et donc réalisée les compressions et le raréfactions. Le mouvement de la bobine résulte de la force électromagnétique de Lorentz entre le champs magnétique de l’aimant (A) et le courant électrique qui circule dans la bobine (F) . La force de Lorentz est une force qui s’applique à toute particule chargée en mouvement dans un champ magnétique.

Coupe d’un haut–parleur :

A : Aimant circulaire B & D : Pièce polaire C : Noyau centrale F : Bobine mobile G : Membrane conique I & J : Suspension de la bobine et de la membrane

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B - Le fonctionnement : Fonctionnement des hauts-parleurs électromagnétique : L’aimant crée un champ magnétique qui se retrouve, concentré grâce aux pièces polaires et au noyau, c’est a dire que le champs magnétique se retrouve concentré autour de la bobine. Lorsque l’on applique aux bornes du haut-parleur un signal électrique, le courant traversant la bobine engendre une force variant avec ce courant selon la loi de Laplace . La bobine mobile et la membrane solidaire se mettent ainsi à vibrer selon l’axe du haut-parleur et de façon proportionnelle aux variations du signal électrique. Le mouvement de la membrane entraîne à son tour des variations de la pression acoustique, et donc la création d’ondes sonores, qui se propagent jusqu’aux oreilles de l’auditeur. Ces variations de pression sont ainsi proportionnelles aux variations du signal audio d’origine.

L'origine de la force de déplacement de la membrane d'un haut-parleur est illustrée par ces dessins: lorsqu'un conducteur, parcouru par un courant électrique, est placé dans un champ magnétique, il est soumis à une force mécanique perpendiculaire à la fois au champ magnétique et au conducteur.

Pour le haut-parleur, le conducteur est remplacé par une bobine plongeant dans un espace cylindrique étroit parcouru par un champ magnétique intense. Le signal électrique issu de l'amplificateur va donc imprimer à la bobine un mouvement identique à l'image électrique de la musique.

Lorsque le courant s’écoule de gauche à droite, la force mécanique agit de haut en

bas.

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II II II :: LL ’’ éévvoolluutt iioonn eett lleess ddii ff fféérr eennttss ttyyppeess ddee hhaauutt ppaarr lleeuurr

A - L’évolution du haut parleur : 1) Le haut parleur a pavillon (1924) : Les haut-parleurs à pavillon

utilisent un dispositif "électroaimant-membrane" dérivé de celui de l'écouteur.

2) Le haut parleur magnétique diffuseur (1930) : Celui-ci dispose d’un levier a la place de la membrane, ce levier

est sollicité par un champ magnétique et par le champ magnétique variable d'un électroaimant. Les vibrations du levier

sont alors transmises à une membrane conique en carton qui brasse une surface d'air importante. Le diffuseur est fondé sur un montage

assez proche du haut parleur électromagnétique, mais sa disposition permet aux sons d'être projetés à l'avant comme à

l'arrière.

3) Le haut parleur électrodynamique (1938) : Ce haut-parleurs utilise une bobine cylindrique, cette

bobine est mobile .Elle est elle même parcourue par un courant alternatif qui l'entraîne à se bouger alternativement dans les deux

directions axiales. La bobine mobile est solidaire d'une membrane généralement conique à laquelle elle imprime ses

mouvements de vibration.

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B - Les différents types de haut parleur : a) Selon la technologie :

Mais les hauts parleurs ne sont pas tous à résonance électromagnétique, de nos jours

beaucoup de technologie ont été misent au point.

-Le haut-parleur électrodynamique : C'est le plus courant. Il utilise une membrane solidaire d'une bobine baignant dans un champ magnétique. La forme de la membrane dépend

des fréquences à restituer: cône pour les registres de grave et de médium, dôme rigide ou souple pour les médiums et aigus. Il y eut des expériences de membranes plates.

-Les haut-parleurs à dôme : Monté à plat, le dôme rayonne très largement et offre une

bonne réponse transitoire. Le rendement est amélioré et la directivité mieux contrôlée aux différentes fréquences. Le champ, très large, limite la portée des tweeters et médiums à dôme

à quelques mètres.

-Les haut-parleurs à compression : Utilisent une membrane à dôme métallique chargée par un pavillon via une pièce de mise en phase. Le pavillon améliore considérablement le

rendement et la directivité.

-Les haut-parleurs électrodynamiques : Sont généralement montés sur des enceintes. C'est indispensable pour éviter un court-circuit acoustique entre l'avant et l'arrière de la

membrane qui annulerait toutes les fréquences graves.

-Les haut-parleurs piézo-électriques :Cette technologie offre de nombreux avantages pour les très hautes fréquences. L'impédance augmentant fortement dans les fréquences

basses.

-Les haut-parleurs électrostatiques :Ce haut-parleur utilise une large membrane chargée, placée entre deux électrodes perforées.

-Les haut-parleurs ioniques : Cette technologie utilise une ionisation de l'air modulée

en HF.

b) Selon la fréquence d’utilisation :

-Le sub-woofer : reproduisant la zone des très basses fréquences en dessous de 200Hz.

-Le woofer : reproduisant la région des basses fréquences de 60 à 2000Hz.

-Le haut parleur de médium : reproduit la zone des fréquences moyennes de 1500 à 2000Hz

-Le haut parleur d’aigus ou Tweeter : qui reproduit la zone de hautes fréquences de

3000 à 20 000Hz.

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Conclusion :

Le haut parleur est invention ayant environ 150ans mais qui n’a pas tellement évolué. Le haut parleur ce base sur un principe simple de l’électromagnétisme qui consiste graçe a un aimant et une bobine a faire vibrer une membrane qui va provoquer une perturbation de l’air et donc produire un son. Un haut parleur a de diverse application, dans la téléphonie, dans l’automobile ou bien dans la communication. Le but d’un haut parleur est de transmettre a l’oreille humaine une information .

Bibliographie :

Bereit-communication PDF haut parleur

Wikipédia Technologies du haut parleur

Principe du haut parleur Le son

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33èèmmee PPaarr tt iiee :: LL ee LL HHCC

oouu CCoommmmeenntt ll ’’ éélleeccttrr oommaaggnnéétt iissmmee ddéévviiee--tt --ii ll lleess

pprr oottoonnss ??

Introduction :

D’une circonférence d’environ 27 kilomètres, le LHC (Large Hadron Collider ou Grand Collisionneur de

Hadrons en français) vient de terminer sa phase de construction au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) , à la frontière franco-suisse. Le

LHC permettra d’atteindre des énergies de 14 TeV, et sera alors le plus puissant collisionneur du monde.

Des faisceaux de protons (pouvant aller jusqu’à 99,999999 % de

la vitesse de la lumière) et d’ions lourds y circuleront. Le principal objectif du LHC est de confirmer le modèle standard en trouvant le boson

de Higgs (boson censé donner la masse des particules).

Le LHC est un accélérateur à particules circulaire (à l’opposé de l’accélérateur linaire de Stanford). Il a donc d’abord fallu réussir à faire

tourner les protons en rond, alors que ces derniers ont tendance à aller tout droit. Nous allons nous intéresser dans cette partie à la manière de

procéder des ingénieurs du CERN pour courber les faisceaux de hadrons et leur donner une trajectoire circulaire.

Pour ce faire, nous verrons dans une première partie l’utilité de courber la trajectoire des protons du LHC. Dans une deuxième partie théorique, nous étudierons la force de

Lorentz. Enfin, nous verrons dans une dernière partie l’immense dispositif dédié à assurer cette courbure circulaire mise en place dans le LHC.

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I°) Pourquoi courber la trajectoire des protons ?

Le tunnel dans lequel est construit le LHC est celui précédemment utilisé par le LEP (Large Electron Positron) pour des raisons budgétaires. Ce tunnel est d'une longueur

d'un peu moins de 27 kilomètres (26 659 mètres), et de forme approximativement circulaire. Il est en réalité composé de huit arcs de cercles, reliés par des sections droites appelées insertions. Les huit octants sont de structure identique, et

parsemés d'aimants dont le rôle est de courber le faisceau de particules.

Pourquoi tant d’efforts ? Pour réaliser quelque chose qui est finalement

assez simple : accélérer puis projeter des protons les uns contre les autres. L’immense anneau de 27 kilomètres permet ainsi d’accélérer progressivement

les particules, jusqu'à ce qu’elles atteignent 99,99991% de la vitesse de la lumière (soit seulement 2,7 m/s moins vite).

Les faisceaux parcourent les 27 kilomètres de circonférence environ 11 000 fois par seconde (chaque proton se déplaçant presque à la vitesse de la lumière, il parcourt l'anneau en 89 µs).

Les accélérateur linéaires ne permettaient pas, initialement, de produire des faisceaux

d'aussi grande énergie que les accélérateurs circulaires. Ils sont souvent utilisés comme injecteurs de faisceaux dans les grandes structures (collisionneurs circulaires).

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II°) Force magnétique de Lorentz :

1°)Expérience:

Un faisceau d'électrons (dans cette expérience, les électrons se situent derrière l’écran, dans des cathéters) se déplaçant en ligne droite est soumis à l'action du champ

électromagnétique d’une bobine.

Quelles sont les caractéristiques de la force d'origine magnétique qui agit sur les particules chargées en mouvement ?

2°) Force de Lorentz :

Un porteur de charge électrique q, en mouvement à la vitesse v dans une région de l'espace où règne un champ magnétique B , est soumis à une force magnétique F donnée par

la relation vectorielle :

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Cette relation fait intervenir un produit vectoriel ,elle permet de déduire les caractéristiques de la force F à partir de celles de v et B.

La trajectoire des particules est un cercle lorsqu’elles sont plongées dans un champ magnétique uniforme. La force magnétique qui agit est perpendiculaire au déplacement de la particule. Le module de la vitesse est inchangée car l'énergie transmise par la force magnétique est nulle. On montre que le rayon du cercle est

R=mv/qB R rayon du cercle de la trajectoire en mètres , m masse de la particule en kg v vitesse de la particule en m/s q charge électrique de la particule en Coulomb (C) B intensité (module) du champ magnétique en Tesla (T)

III°) Et en pratique ? Le champ magnétique nécessaire pour courber le faisceau de protons de 7 TeV (Téra- électronVolt) est de 8,3 Tesla. De tels champs magnétiques peuvent être réalisés à l'aide d'électroaimants, mais au prix d'un courant électrique considérable. En temps normal, un tel courant électrique serait à l'origine d'un très important dégagement de chaleur. Le seul moyen d'éviter ce problème consiste à utiliser le phénomène de supraconductivité, qui permet au courant électrique de circuler sans dissipation de chaleur. La supraconductivité ne se produit qu'à très basse température, quelques degrés au-dessus du zéro absolu, suivant les matériaux.

Des milliers d’aimants de types et de tailles différents sont utilisés pour diriger les faisceaux le long de l’accélérateur. Parmi eux, les aimants principaux, dont 1234 aimants dipolaires de 15 m de long utilisés pour courber la trajectoire des faisceaux, et 392 aimants quadripolaires de 5 à 7 m de long qui concentrent les faisceaux. Juste avant la collision, un autre type d’aimant est utilisé pour “coller” les particules les unes aux autres, de façon à augmenter les probabilités d’une collision

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Conclusion :

Le LHC est actuellement en phase de test pour établir si les aimants pourront

bien générer des champs magnétiques intenses. En effet, les chercheurs craignent que leur manutention, lors des opérations

d’installation, ait altérée leurs performances. Craintes justifiées : les premiers résultats montrent qu’au delà

d’une certaine intensité de courant électrique, ces aimants perdent leurs

propriétés supraconductrices. En clair, leur résistance au passage du courant n’est plus

nulle : il s’échauffent, ce qui peut avoir deux conséquences : la destruction de

l’aimant et la perte du faisceau.

Cela c’est produit le 19 septembre 2008 : Le dysfonctionnement a été causé par une connexion électrique défaillante entre

deux aimants de l’accélérateur. Les procédures de sécurité étaient en vigueur, les systèmes de sécurité ont fonctionné comme

prévu et personne n’a été mis en danger.

Le CERN prépare déjà sa politique future en comparant plusieurs projets tels que CLIC et ILC ( Tout deux des accélérateurs à particules linéaires et collisionneur de électrons/positons).

Bibliographie : Linternaute

Wikipédia CERN

LHC France Le LHC pour les nuls

Le Figaro E-scio

Force de Lorentz

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