courant de déplacement

Le courant de déplacement n'est pas un flux de charge à travers un conducteur. Il décrit plutôt comment le champ de déplacement électrique (le champ D) varie dans le temps en un point de l'espace. Lorsqu'un champ électrique entre deux objets augmente ou diminue, le champ de déplacement change en magnitude et en direction, et ce changement se comporte mathématiquement et électromagnétiquement comme un courant réel, même si aucun électron ne se déplace.

Le concept est le plus important dans les condensateurs et dans les régions avec des matériaux diélectriques entre des surfaces chargées. Lorsqu'un condensateur se charge, le champ électrique entre ses plaques s'intensifie. Ce champ variable génère un courant de déplacement qui circule à travers le matériau diélectrique dans la même direction que le courant réel circulant dans les bornes du condensateur. Le courant de déplacement est le plus fort pendant la période transitoire lorsque la tension augmente ou diminue ; il tombe à zéro lorsque le condensateur atteint un état stable et que le champ cesse de changer.

Le courant de déplacement est essentiel aux équations de Maxwell. Sans lui, la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique deviendrait asymétrique : un champ magnétique variable produit un champ électrique, mais (incorrectement) un champ électrique variable ne produirait pas de champ magnétique. Maxwell a ajouté le terme de courant de déplacement pour restaurer la symétrie et, surtout, pour permettre l'existence des ondes électromagnétiques. Cet amendement a unifié l'électricité, le magnétisme et la lumière en un cadre unique.

Mesure et magnitude

Le courant de déplacement est proportionnel au taux de variation du champ D : Id est égal à la permittivité du milieu multipliée par le taux de variation du champ électrique. Dans les circuits pratiques, il devient significatif à hautes fréquences ou lorsque les tensions varient rapidement. Aux fréquences du réseau électrique (50 à 60 Hz), les courants de déplacement dans les condensateurs typiques sont mesurables mais faibles. Aux fréquences micro-ondes ou RF, les courants de déplacement rivalisent ou dépassent les courants de conduction et ne peuvent être ignorés dans l'analyse des circuits. C'est pourquoi la transmission de puissance à haute fréquence, la conception d'antennes et le comportement des composants RF dépendent de la compréhension du courant de déplacement.

Le terme « déplacement » ne fait pas référence à un mouvement physique mais au déplacement et à la polarisation du champ électrique lui-même. Les premiers électriciens et physiciens ont observé que les champs électriques variables se comportent comme des courants dans leur capacité à produire des champs magnétiques et à coupler l'énergie entre les circuits, même lorsqu'aucun porteur de charge ne se déplace. Le nom est resté parce que le champ de déplacement se « déplace » dans l'espace en réponse à la tension appliquée, et ce déplacement génère les effets électromagnétiques observés. Dans la notation moderne, la densité de courant de déplacement est écrite comme la dérivée temporelle de D, mesurée en ampères par mètre carré.