Une cage de Faraday est une enceinte métallique étanche aux champs électriques externes.
Une cage de Faraday est une structure en forme de boîte ou de cage faite d'un matériau électriquement conducteur, tel que le cuivre ou le fer, qui empêche les champs électriques statiques de pénétrer à l'intérieur de la cage. La cage de Faraday porte le nom de son inventeur, le scientifique Michael Faraday.
La cage est perméable aux champs magnétiques statiques, tels que les champs magnétiques et électriques externes de la Terre. Pour cette raison, la cage de Faraday protège des décharges électriques statiques telles que la foudre lors d'un orage.
Le terme «cage de Faraday» est utilisé aujourd'hui principalement pour les pièces qui excluent les ondes électromagnétiques. Ces espaces deviennent des espaces morts sans champs électromagnétiques.
Comment fonctionne la cage de Faraday ?
La cage de Faraday fonctionne grâce aux propriétés d'un conducteur électrique, comme une fine maille métallique en équilibre électrostatique. Les charges électriques positives se fixent dès qu'un champ électrique externe entre en contact avec la cage. Après cela, cependant, les électrons libres d'un métal commencent à se déplacer d'un atome poussé par la force du champ électrique.
Les électrons ont une charge négative opposée au champ électrique. Bien que la charge électrique totale du conducteur soit nulle, un excès de charge négative est concentré sur un côté de la cage et le côté opposé reste chargé positivement. Ce mouvement d'électrons provoque la création d'un champ électrique de sens opposé au champ extérieur à l'intérieur du boîtier.
Le résultat des deux champs électriques dans la direction opposée fait que l'intérieur du champ électrique est nul. Par conséquent, à l'intérieur de la boîte, il n'y a pas de champ électrique et aucune charge ne peut la traverser.
La cage atténue ou bloque la transmission ou la réception d'ondes radio depuis ou vers une antenne. C'est-à-dire, elle empêche également les ondes générées à l’intérieur de s'évacuer.
En règle générale, une cage de Faraday est insensible au rayonnement électromagnétique si la taille de sa maille métallique est inférieure au dixième de la longueur d'onde de ce rayonnement.
Si la longueur d'onde d'une cage de Faraday est supérieure à la taille du treillis métallique, il ne sera pas possible de recevoir ou de transmettre des signaux radio à l'intérieur de la cage.
Exemples de cage de Faraday dans le monde réel
Le principe selon lequel fonctionnent les cages de Faraday peut être observé dans de multiples exemples tirés de la vie courante :
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La structure métallique d'un avion forme une cage de Faraday. Pour cette raison, si la foudre frappe un avion, les passagers ne perçoivent aucun champ électrique car il n’est pas relié à la terre.
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Lorsque nous constatons que nos téléphones portables ne fonctionnent pas dans un ascenseur ou à l'intérieur d'un bâtiment fait de grilles métalliques, nous assistons à une manifestation du principe de la cage de Faraday.
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Un four à micro-ondes est équipé de cages de Faraday pour éviter que leurs ondes ne s'échappent vers l'extérieur et n'aient d'effet nocif sur notre santé. Il utilise une cage de Faraday partielle sur cinq des six faces de son intérieur composé d’une feuille métallique et un bouclier de Faraday, constitué d'un treillis métallique, sur la fenêtre transparente.
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Les combinaisons spéciales des électriciens qui réparent les lignes à haute tension : ces combinaisons permettent aux monteurs de lignes électriques d'intervenir sur les lignes à haute tension sans risque d'électrocution à cause des charges électriques extérieures.
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Lorsque vous conduisez une voiture pendant un orage, il est recommandé de rester à l'intérieur du véhicule, car leur corps fonctionnera comme une cage de Faraday contre la foudre qui protège ses occupants.
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Des tôles ou treillis métalliques sont également placés sur les murs des salles de numérisation des laboratoires d'imagerie par résonance magnétique (IRM) où c’est réalisée pour empêcher les ondes de s'échapper et protéger la santé des opérateurs.
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Les cyberattaques ont généré une offre importante de produits pour inhiber les ondes électromagnétiques envoyées par d'éventuels pirates. Diverses sociétés proposent des boîtiers métalliques pour rendre nos appareils invisibles dans le domaine des connexions sans fil : étuis à clés de voiture, sacs à dos, enveloppes, portefeuilles, ou porte-documents fabriqués avec une perméabilité magnétique selon le principe de la cage de Faraday.
