Questions aux experts

C'est une très belle question.

Pour y répondre, je rebondirai d'abord sur le terme d'énergie. Il y a bien une énergie magnétique à l'intérieur d'un aimant, comme à l'intérieur d'une bobine. Il s'agit d'énergie potentielle stockée. Dans le cas d'une bobine, cette énergie peut être restituée, comme le fait la bobine de démarrage d'une voiture.
Cette énergie peut être très importante puisque dans le cas d'une bobine supraconductrice générant environ 20 tesla (la bobine est grosse comme un ballon de basket), l'énergie magnétique stockée correspond à l'énergie cinétique d'une voiture lancée à 130 km/h !

En toute rigueur (cas idéal) il n'y a pas d'échange d'énergie entre deux aimants qui s'attirent ou entre une bobine et un aimant ou dans toute autre configuration.
En effet, si échange d'énergie il y avait, alors on observerait la conversion (pertes) d'une partie de l'énergie potentielle magnétique, ce qui conduirait à la désaimantation d'aimants lors de ces expériences. Or, tel n'est pas le cas et, par exemple, nos aimants de portes de placard font leur métier sans se désaimanter pendant de longues années malgré une activité journalière ... Du point de vue scolaire, on dit souvent que la force magnétique ne "travaille" pas.

Dans un électroaimant, on associe généralement une bobine avec, en son centre, un noyau de matériau ferreux. Dans ce cas, la bobine génère toujours un champ magnétique mais le noyau canalise ("concentre") ce champ magnétique, et les effets d'aimantation y sont fortement amplifiés.

Un électroaimant est une série de spires en fils conducteurs, en général plongés dans une matière aimantable (fer). Quand on envoie le courant, un champ magnétique apparaît. Si le courant est continu, le champ est constant et, si l'on ne fait pas faire un travail mécanique à l'aimant, il n'y a pas d'énergie en jeu. L'énergie électrique consommée (R*I2*t) correspond exactement à la chaleur dégagée par le fil électrique. Je néglige, dans les premières fractions de seconde, l'énergie d'aimantation du fer.

Si le courant est alternatif, l'électroaimant, s'il reste seul, provoque un phénomène de "self-induction" dans le circuit électrique qui l'alimente, avec mise en jeu d'énergie électrique.
Si l'électroaimant se complique d'une deuxième série de spires branchées sur un deuxième circuit électrique, il constitue un transformateur, qui permet de transférer de l'énergie électrique d'un circuit à l'autre.
Si l'électroaimant est mobile et placé près d'un deuxième qui est fixe, on arrive aux moteurs et générateurs de courant, qui servent à transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique (moteur) ou inversement (générateur). Certains sont à courant alternatif, d'autres à courant continu.

Revenons au montage le plus simple, par exemple l'électroaimant au bout d'un câble de grue pour soulever de la ferraille. Quand on branche le courant et qu'on voit les morceaux de fer s'envoler pour venir s'y coller, il y a bien en jeu l'énergie nécessaire pour les soulever: c'est l'électricité qui l'a fournie. On pourrait continuer, parler de force contre-électromotrice....Mais ça pourrait mener loin !