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Comment ça marche ?
Radio-club F6KRK.

L'effet de peau

On lit que le courant HF circule à la périphérie des conducteurs. Quel est le phénomène
physique qui est à l'origine de cette propriété ? Nous allons essayer de l'expliquer simplement.

Le courant continu.
Un courant continu est un déplacement de charges élec- Pour que l'énergie puisse se propager, le conducteur ne doit
triques (électrons) à l'intérieur d'un conducteur sous l'effet pas être interrompu, même sur une très faible distance. A
d'une différence de potentiel. La circulation des électrons se priori, cela ne gênerait pas le champ électromagnétique,
fait du potentiel négatif vers le potentiel positif . mais les électrons ont besoin d'osciller librement.
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La vitesse de déplacement dépend du conducteur. Elle aug- Une manière de ne pas entraver leur mouvement est de
mente avec la résistivité du matériau et avec la densité du disposer à l'endroit de la coupure, deux grands plateaux
courant. Pour le cuivre, avec une densité de courant de 10 A métalliques en regard. C'est-à-dire que nous avons inséré
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par mm (section), la vitesse est de l'ordre de 1 millimètre un condensateur. Alors, si sa valeur est suffisante, l'énergie
par seconde. circule comme si le conducteur n'était pas interrompu.
Il est à noter que si le courant électronique se déplace très Comme à l'intérieur du condensateur, l'énergie ne transite
lentement, la propagation des effets d'un changement pas grâce à un courant électronique, mais grâce à une varia-
de potentiel s'effectue à la vitesse de la lumière si le tion du champ électrostatique, on considère mathématique-
conducteur est dans l'air. En conséquence, l'énergie se ment, pour ne pas interrompre le courant de conduction,
déplace dans un conducteur à la vitesse de propagation qu'à l'intérieur d'un condensateur circule un courant de
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des potentiels. déplacement .
Il est difficile d'imaginer un tel courant, surtout quand le dié-
Le courant alternatif.
Les potentiels s'inversant toutes les demi-périodes, le sens lectrique du condensateur est le vide.
du courant s'inverse aussi. Sa vitesse étant lente, les
électrons vont osciller "sur place" avec un déplacement d'au- Effet de peau.
Nous avons vu que le courant était créé par un champ
tant plus réduit que la période du signal va être petite . Par
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contre, la variation des potentiels va se propager à la vitesse électromagnétique. Celui-ci pénètre peu dans un conduc-
teur, d'autant moins que la conductivité (γ) et la fréquence
de la lumière comme pour le courant continu. Avec un cou- sont élevées. Il faut noter que la conductivité est l'inverse
rant alternatif sinusoïdal, cette variation est permanente .
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de la résistivité et s'exprime en Siemens (S). A l'intérieur du
Mesure du courant. conducteur, le champ décroît exponentiellement.
Que le courant soit continu ou alternatif, sa mesure consiste On définit une profondeur de pénétration δ qui est la distance
à compter le nombre d'électrons qui s'agitent pendant une à laquelle l'amplitude du champ électromagnétique a dimi-
seconde . nué dans le rapport 1/e (e = 2,728).
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Propagation de l'énergie dans une ligne HF.
Pour l'étude du phénomène, on considère un courant alter- Voyez dans le tableau 1 la profondeur de pénétration dans
natif sinusoïdal stationnaire (5) . Ceci reste valable pour un le cuivre en fonction de la fréquence.
signal avec une très faible bande passante de modulation,
comme ceux que les amateurs utilisent en HF.
Le long d'un conducteur, la propagation des potentiels, et
donc de l'énergie, se fait par l'intermédiaire d'un champ
électromagnétique. Il en va de même dans une ligne.
L'énergie est la multiplication d'une force électromotrice par
un courant. Ici, le courant est induit dans le conducteur par
Tableau 1.
le champ électromagnétique.
Le courant induit en un point du conducteur est proportionnel au
D'une façon imagée, on peut considérer que la propagation
dans une ligne HF se fait de la manière suivante : champ électromagnétique en ce point. Ainsi, dans un
conducteur cylindrique, la densité du courant est maximale à la
• on applique une f.e.m. à l'entrée de la ligne ; surface et décroît exponentiellement en allant vers le centre. On
• cette f.e.m. crée un champ électrique ; peut dire que le courant "circule" à la surface du conducteur. On
• le champ induit un courant dans la première section des appelle cette propriété "effet de peau".
conducteurs ;
• ce courant crée un champ électromagnétique ; En conséquence, les pertes dues à la conductivité finie d'un fil
• ce champ induit un courant dans la deuxième section des conducteur (donc avec une résistivité non nulle) dépendent des
conducteurs ; propriétés de sa surface. C'est pourquoi, pour construire des
• etc. (effet dominos). bobines HF, on argente le cuivre, car la conductivité de l'argent
Il y a un échange permanent entre le champ électromagné- est meilleure que celle du cuivre. Une autre solution consiste à
tique et le conducteur. On peut calculer l'énergie aussi bien remplacer un conducteur unique par plusieurs conducteurs plus
à partir des champs (vecteur de Poynting), qu'à partir du petits isolés entre eux. En augmentant la surface de conduction,
courant dans les conducteurs et de leur différence de potentiel on réduit la densité du courant, ce qui diminue les pertes. C'est
(Wattmètre et ROSmètre). le principe des fils de Litz.

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