La force de Lorenz, la force agissant sur les particules chargées en mouvement dans un champ magnétique (figure 1), joue un rôle crucial dans diverses applications allant des dispositifs électroniques et des moteurs, des capteurs, de l’imagerie aux applications biomédicales. Il a été démontré que le champ magnétique est capable d’imager le courant et la conductivité, ce qui a de nombreuses applications biologiques et médicales telles que la cartographie de l’activité électrique dans le cerveau et le cœur, et la détection de tissus anormaux comme les tumeurs par des changements dans les propriétés électriques. La force de Lorentz joue un rôle de plus en plus important dans les nouvelles techniques d’imagerie telles que l’imagerie magnéto-acoustique du courant, l’imagerie de l’effet Hall, l’imagerie de la conductivité par la force de Lorentz induite par ultrasons, la tomographie magnéto-acoustique avec induction magnétique et l’imagerie des courants d’action par la force de Lorentz à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique. Notre groupe utilise l’effet de la force de Lorentz pour étudier la flamme, les réactions électrochimiques, les matériaux mous ainsi que la technique de Schileren. L’effet du champ magnétique sur les courants ioniques est un concept interdisciplinaire issu de l’électrochimie, de l’hydrodynamique et du magnétisme. Les résultats sont parfois surprenants, et leur élucidation peut conduire à une compréhension inattendue des processus électrochimiques fondamentaux, ainsi qu’à de nouvelles applications pratiques. Nous travaillons actuellement sur l’effet de la force de Lorentz sur les réactions d’oscillation électrochimique. Nous avons montré que la force de Lorentz peut améliorer le transport de masse dans les réactions électrochimiques. Cet effet est appelé l’effet magnétohydrodynamique (MHD) et est causé par les forces magnétiques qui induisent des mouvements convectifs dans l’électrolyte.
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Figure 1 : Schéma du mouvement d’une particule chargée dans un champ magnétique. |
En fait, la force magnétique induit un mouvement convectif dans l’électrolyte dû à la force de Lorentz qui est donnée par :
F= q(E + v × B)
où E est le champ électrique, B est le champ magnétique et v est la vitesse de la particule chargée (q). Lorsqu’un ion (particule chargée) entre dans le champ magnétique, subit une force qui est perpendiculaire à la direction de la vitesse de l’objet et du champ magnétique. Cette force provoque une accélération centripète et par conséquent un mouvement circulaire de la particule dans le milieu selon les équations décrites ci-dessous. En l’absence de champ électrique :
Ces équations révèlent qu’une particule chargée de vitesse v perpendiculaire au champ magnétique se déplace selon une trajectoire circulaire. Le rayon de ce mouvement circulaire dépend inversement de l’intensité du champ magnétique. Cela signifie que dans les régions où l’intensité du champ magnétique est élevée, nous avons un mouvement de rotation de plus petit rayon, tandis que dans les régions où l’intensité du champ magnétique est plus élevée, le rayon du mouvement circulaire est plus grand. En fait, la composante de la vitesse parallèle aux lignes du champ magnétique n’est pas affectée, puisque la force magnétique est nulle pour un mouvement parallèle au champ. Cela produit un mouvement hélicoïdal (c’est-à-dire un mouvement en spirale) plutôt qu’un mouvement circulaire (figure 2). Par conséquent, la force de Lorentz améliore le transfert de masse dans les cellules électrochimiques en raison du mouvement rotatif et en spirale.
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Figure 2 : Schéma d’un mouvement en spirale d’une particule chargée plutôt qu’un mouvement circulaire. |