⏱️DURÉE20 min
🎯DIFFICULTÉFacile
👶ÂGEDès 8 ans
🧹PROPRETÉModéré
🏠LIEUIntérieur
✅TAUX DE RÉUSSITE90%
Transformez un simple clou en aimant puissant grâce à l'électricité ! Un électroaimant qu'on peut allumer et éteindre à volonté — comme les aimants des casses automobiles.
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Activité à faire toute l'année, en famille ou en classe !
🧪 Matériel nécessaire
- 🔩 Grand clou en acier 1 (10 cm minimum) · magasin bricolage
- 🔌 Fil de cuivre isolé 1-2 mètres · magasin bricolage
- 🔋 Pile D (ou pile 9V) 1 · supermarché
- 📎 Trombones ou petits objets métalliques une dizaine · papeterie
- 📦 Ruban adhésif un peu · papeterie
📋 Étapes de l’expérience
1
Enrouler le fil
Enroulez le fil de cuivre autour du clou en faisant des spires serrées et régulières. Laissez 15 cm de fil libre à chaque extrémité. Plus vous faites de tours, plus l'aimant sera puissant.
💡 Enroulez toujours dans le même sens — sinon les champs magnétiques s'annulent !
2
Connecter la pile
Dénudez les extrémités du fil (retirez l'isolation sur 2 cm). Connectez un bout sur le + de la pile et l'autre sur le – (avec du ruban adhésif).
💡 Le clou va devenir magnétique instantanément !
3
Tester la puissance
Approchez l'électroaimant des trombones : ils sautent et s'accrochent ! Comptez combien de trombones votre électroaimant peut soulever. Déconnectez la pile — les trombones tombent.
💡 Pour plus de puissance : plus de tours de fil, pile plus forte, ou clou plus gros.
🤓 Pourquoi ça marche ?
Quand un courant électrique traverse un fil, il crée un champ magnétique autour du fil (découvert par Ørsted en 1820). En enroulant le fil en bobine, les champs magnétiques de chaque spire s'additionnent. Le clou en acier, matériau ferromagnétique, concentre et amplifie ce champ. Résultat : un aimant puissant qu'on contrôle avec un interrupteur ! C'est le même principe que dans les moteurs, les haut-parleurs et les IRM.
Concepts scientifiques
électromagnétismechamp magnétiqueferromagnétismebobine
📚 Au programme scolaire : CM2 – 3ème
🔭 La science en détail
Le champ magnétique au cœur d'une bobine suit la loi du solénoïde : B = μ₀ × n × I, où n est le nombre de spires par mètre et I le courant. Avec une centaine de spires et un courant d'environ un ampère, la bobine seule ne produit que quelques millièmes de tesla — à peine de quoi troubler une boussole. Tout change avec le clou : le fer est ferromagnétique, sa perméabilité relative atteint plusieurs centaines. À l'intérieur du métal, des milliards de petits domaines magnétiques (les domaines de Weiss), orientés au hasard, s'alignent sur le champ de la bobine et l'amplifient d'autant. Le clou devient le véritable aimant ; la bobine ne fait que le commander.
Cette amplification explique aussi le magnétisme rémanent : dans l'acier, les domaines restent partiellement alignés après la coupure, d'où les trombones qui collent encore. Un noyau de fer doux, lui, « oublie » presque instantanément — c'est ce qu'on choisit pour les relais et les sonnettes, qui doivent commuter des dizaines de fois par seconde. Les électroaimants industriels des casses automobiles soulèvent plusieurs tonnes de ferraille sur ce principe exact, et les IRM des hôpitaux poussent le champ à 1,5 ou 3 teslas grâce à des bobines supraconductrices.
Pour les ados et les parents curieux 🤓
⚠️ Sécurité
⚠️
Le clou et le fil chauffent si la pile reste connectée longtemps — déconnectez régulièrement
⚠️
Ne court-circuitez pas la pile
🛠️ Ça n’a pas marché ? Les ratés les plus fréquents
🚀 Pour aller plus loin
✨ Comparez : 20 tours vs 50 tours vs 100 tours de fil
✨ Essayez avec un crayon au lieu du clou — est-ce qu'il y a un champ magnétique ?
✨ Construisez une grue magnétique miniature pour soulever des trombones
📜 La petite histoire
Le premier électroaimant date de 1825 : l'Anglais William Sturgeon enroule un fil de cuivre autour d'un barreau de fer verni en forme de fer à cheval. Son montage de 200 grammes soulève environ 4 kilos, vingt fois son propre poids, et fait sensation. L'Américain Joseph Henry perfectionne l'idée en isolant le fil avec de la soie, ce qui permet des centaines de spires serrées : en 1831, son électroaimant soulève près d'une tonne. Henry s'en servira aussi pour actionner un signal à distance, ouvrant la voie au télégraphe électrique.
💡 Bon à savoir : Cette expérience crée un court-circuit volontaire qui décharge les piles de manière accélérée. Il faut donc être vif dans ses observations et ne jamais laisser le montage branché sans surveillance.
🔬
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❓ Questions fréquentes
Pourquoi mon électroaimant devient-il chaud ?
Le passage du courant dans le fil de cuivre produit de la chaleur par effet Joule. Pour éviter que le montage ne brûle les doigts ou ne vide la pile trop vite, déconnecte toujours un fil dès que tu as fini d'attraper tes objets métalliques.
Est-ce que je peux utiliser un clou en aluminium ?
Non, cela ne fonctionnera pas car l'aluminium n'est pas un matériau ferromagnétique. Pour que l'expérience réussisse, utilise impérativement un clou en fer ou en acier qui servira de guide au champ magnétique.
Comment augmenter la force de mon aimant ?
Il suffit d'enrouler davantage de tours de fil autour du clou. Plus les spires sont nombreuses et serrées, plus le champ magnétique total devient puissant pour soulever des objets plus lourds.
Pourquoi mon aimant ne s'éteint-il pas instantanément ?
Le clou en acier conserve parfois un peu de magnétisme résiduel après la coupure du courant. Tapote légèrement le clou ou secoue-le doucement pour que les derniers trombones se détachent enfin.
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