Effet de pointe

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Un paratonnerre en forme de pointe métallique

L'effet de pointe, aussi appelé pouvoir des pointes, est un phénomène physique expliquant l'influence d'un objet métallique pointu sur le champ électrique environnant. Les applications typiques de ce phénomène sont les paratonnerres.

Principe[modifier | modifier le code]

Considérons deux boules conductrices. Une grande boule de rayon R et une petite de rayon r=R/2. Si on les porte au même potentiel électrique V, la charge de chaque boule peut être calculée d'après cette formule[1] :

La petite boule aura donc une charge électrique moitié moins importante que la grosse boule. Le module du champ électrique s'exprime alors ainsi[1] :

À une même distance donnée d, il sera donc deux fois moins important pour la petite boule. Or nous pouvons nous rapprocher de leur voisinage (d = r pour la petite, d = R pour la grande, car c'est la distance par rapport à leur centre) :

Finalement, nous obtenons que le champ électrique au voisinage de la petite boule sera deux fois plus important qu'au voisinage de la grosse boule. Par extension, si le rayon de la petite boule est n fois plus petit, le champ électrique en son voisinage y est n fois plus grand. On peut remarquer ici que ce phénomène vient finalement du fait que la somme des charges q contenues sur une surface sphérique soumise à un potentiel V croit linéairement en fonction du rayon alors même que le champ électrique, lui, croit en fonction de l'inverse du carré de la distance.

Si on considère maintenant une pointe comme une boule dont le diamètre est petit (faible rayon de courbure), on obtient un champ électrique dont la valeur tend vers l'infini à son voisinage. Ce champ électrique très important va contribuer à l'ionisation de l'air et ainsi l'amorçage d'un éventuel arc électrique.

Applications[modifier | modifier le code]

Visualisation de l'intensité du champ électrique sur une pointe

Ce phénomène est très présent dans la vie quotidienne : il est, par exemple, à l'origine des feux de Saint-Elme et permet d'expliquer pourquoi la foudre tombe le plus souvent sur des objets pointus (clocher, arbre, sommet d'un parapluie et bien sûr paratonnerre...). En effet, la pointe de ces objets amplifie le champ électrique en leur voisinage, favorisant ainsi la création de décharges ascendantes lorsque le canal ionisé qui précède une série d'éclairs se forme.[2]

Sous l'action du champ électrique intense à l'extrémité de la pointe, des électrons du métal peuvent être émis (régime d'émission de champ par effet tunnel). C'est l'effet Fowler-Nordheim.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. a et b Les formules sont directement déduites de l'application de la Loi de Coulomb à la notion de potentiel absolu, ou, plus généralement du théorème de Gauss, qui l'inclut, appliqué à une sphère conductrice
  2. Météorage, « Le phénomène foudre / La foudre sous surveillance / Météorage / Météorage - prévention du risque foudre », sur www.meteorage.fr (consulté le 28 septembre 2016)

Liens externes[modifier | modifier le code]