La bobine
Rôle de la bobine
Une bobine, c'est simplement un fil conducteur enroulé en spires autour d'un support (air, fer, ferrite…). En apparence, rien de spectaculaire. Mais ce composant cache deux propriétés remarquables :
- Quand un courant la traverse, elle crée un champ magnétique autour d'elle — c'est le principe de l'électroaimant.
- Inversement, un champ magnétique variable génère un courant dans ses spires (loi de Faraday) — c'est le principe du générateur électrique et du transformateur.
La bobine est le dual du condensateur : là où le condensateur s'oppose aux variations de tension, la bobine s'oppose aux variations de courant. Les deux forment ensemble les briques fondamentales des filtres et des oscillateurs.
L'analogie du volant d'inertie
Imagine un volant d'inertie sur une machine — une grosse roue lourde qui tourne. Si tu essaies de l'accélérer brusquement, il résiste et monte progressivement en vitesse. Si tu coupes le moteur, il ne s'arrête pas instantanément : il continue sur sa lancée.
La bobine se comporte exactement pareil avec le courant : elle résiste à toute variation rapide, que ce soit une montée ou une chute. Un courant qui circule dans une bobine tend à vouloir continuer à circuler.
Retiens l'essentiel : la bobine s'oppose aux variations de courant. C'est sa propriété fondamentale, décrite par la loi de Lenz.
L'inductance
La capacité d'une bobine à s'opposer aux variations de courant s'appelle l'inductance.
Elle se note L et se mesure en Henry (H).
En pratique, le Henry est une très grande valeur. On utilise plutôt :
- millihenry : 1 mH = 0,001 H (bobines pour filtres audio, alimentation)
- microhenry : 1 µH = 0,000 001 H (bobines haute fréquence, RF)
Plus une bobine a de spires, ou plus elles sont serrées autour d'un noyau magnétique (fer, ferrite), plus son inductance est élevée — et plus elle s'oppose efficacement aux variations de courant.
La constante de temps RL
Quand on branche une bobine en série avec une résistance et qu'on applique une tension, le courant ne monte pas instantanément : il croît progressivement, freiné par la bobine. La vitesse de cette montée est caractérisée par la constante de temps τ (tau) :
Après un temps τ, le courant a atteint environ 63 % de sa valeur finale.
Après 5 τ, il est pratiquement stabilisé (99 %).
C'est le comportement inverse du condensateur, qui charge en tension selon τ = R × C.
Exemple concret
Circuit RL avec L = 100 mH et R = 10 Ω. Quelle est la constante de temps ?
Applications de la bobine
La bobine est partout dans l'électronique moderne. Voici ses principales utilisations :
Filtres passe-bas
Une bobine en série avec le signal laisse passer les basses fréquences et bloque les hautes. Pourquoi ? Parce que plus la fréquence est élevée, plus les variations de courant sont rapides, et plus la bobine s'y oppose. C'est l'opposé de la résistance, qui traite toutes les fréquences pareil.
Convertisseurs DC-DC (buck/boost)
Tous les chargeurs de téléphone, alimentations de PC et régulateurs modernes utilisent une bobine pour convertir efficacement une tension en une autre. Le principe : on stocke de l'énergie dans le champ magnétique de la bobine, puis on la restitue. Efficacité typique : 90 à 98 %, bien supérieure aux régulateurs linéaires.
Un convertisseur buck (abaisseur) réduit la tension — par exemple 12 V → 5 V. Un convertisseur boost (élévateur) l'augmente — par exemple 3,7 V (batterie Li-ion) → 5 V. Sans bobine, ces conversions ne seraient pas possibles efficacement.
Transformateurs
Deux bobines placées près l'une de l'autre partagent leur champ magnétique. Le courant alternatif dans la première (primaire) induit un courant dans la seconde (secondaire). En jouant sur le nombre de spires, on transforme la tension : c'est le transformateur. Utilisé dans les alimentations secteur, les adaptateurs de charge, la transmission d'énergie.
Relais
Un relais, c'est une bobine qui, une fois traversée par un courant, crée un champ magnétique suffisant pour attirer mécaniquement un contact métallique. Résultat : un microcontrôleur (3,3 V, quelques milliampères) peut piloter un circuit puissant (230 V, plusieurs ampères) sans contact électrique direct.
Moteurs électriques
Un moteur électrique, c'est fondamentalement plusieurs bobines dans lesquelles on fait circuler des courants alternés. Les champs magnétiques créés interagissent avec des aimants permanents et font tourner le rotor. Sans bobines, pas de moteur.
Le circuit LC oscillant
Associer une bobine (L) et un condensateur (C) donne un circuit qui oscille naturellement à une fréquence précise, appelée fréquence de résonance :
Comment ça marche ? L'énergie fait des allers-retours entre la bobine (champ magnétique) et le condensateur (champ électrique), comme un pendule qui oscille entre énergie cinétique et énergie potentielle. La fréquence d'oscillation ne dépend que de L et C.
C'est exactement le principe de la sélection d'une station radio. En faisant varier L ou C (condensateur variable), tu changes f₀ et tu "accordes" le circuit pour qu'il résonne à la fréquence de la station souhaitée. Les autres fréquences passent sans être amplifiées — elles sont ignorées.
Exemple de résonance LC
Avec L = 100 µH et C = 100 pF, quelle est la fréquence de résonance ?
À la résonance, l'impédance du circuit LC devient théoriquement nulle (circuit série) ou infinie (circuit parallèle). En pratique, la résistance des fils et du noyau de la bobine limite toujours l'amplitude des oscillations. On caractérise cette qualité par le facteur Q.
- Bobine (L) — fil enroulé en spires. S'oppose aux variations de courant (loi de Lenz).
- Inductance — mesurée en Henry (H), mH ou µH en pratique.
- Constante de temps RL — τ = L / R. Après τ secondes, le courant a atteint 63 % de sa valeur finale.
- Dual du condensateur — la bobine s'oppose aux variations de courant comme le condensateur s'oppose aux variations de tension.
- Applications — filtres passe-bas, convertisseurs DC-DC (buck/boost), transformateurs, relais, moteurs.
- Circuit LC — oscille à f₀ = 1/(2π√LC). Principe du filtre radio et des oscillateurs.