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Lois électriques Intermédiaire 8 min de lecture Nov 2026

La loi de Coulomb

La loi de Coulomb donne la force entre deux charges ponctuelles : elle croît avec les charges et décroît avec le carré de la distance. Découvrez la formule et les unités.

Definition

La loi de Coulomb énonce que la force électrostatique entre deux charges ponctuelles est proportionnelle au produit des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare, dirigée selon la droite qui les joint : F = k × |q₁q₂| / r².

Learning objectives

  • Énoncer la loi de Coulomb et identifier chaque variable.
  • Calculer la valeur de la force entre deux charges ponctuelles.
  • Déterminer si la force est attractive ou répulsive à partir des signes.
  • Expliquer la superposition et les limites du modèle ponctuel.
La loi de Coulomb diagram Electric charges and field lines + − field lines point from + to −
La loi de Coulomb — schematic illustration
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Progressive explanation

Start with the plain-language idea, then move into the engineering detail. Each level stands on its own, so you can stop at the depth you need.

Beginner The core idea
La loi de Coulomb décrit la force entre des charges électriques. Deux charges se repoussent ou s’attirent le long de la droite qui les joint. La force est plus grande quand les charges sont plus grandes et bien plus faible quand elles sont éloignées, car elle dépend du carré de la distance.

Des charges de même signe se repoussent et des charges opposées s’attirent. Si vous doublez une charge, la force double ; si vous doublez la distance, la force tombe au quart. La constante k est très grande, ce qui explique que des charges statiques ordinaires produisent des forces sensibles alors que la charge d’un seul électron est infime.
Intermediate How it behaves in a circuit
En unités SI, la loi de Coulomb s’écrit F = k × |q₁q₂| / r² avec k = 1/(4πε₀) ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²/C². La force est dirigée selon la droite entre les charges : répulsive pour des charges de même signe, attractive pour des signes opposés. La force subie par chaque charge a la même valeur et un sens opposé, conformément à la troisième loi de Newton.

Pour plus de deux charges, la force totale sur une charge est la somme vectorielle des forces exercées par toutes les autres : c’est le principe de superposition. La loi de Coulomb s’applique exactement à des charges ponctuelles dans le vide. Pour des objets chargés étendus, on intègre sur la distribution de charge ; pour des sphères chargées, le résultat à l’extérieur est le même que si toute la charge était au centre.
Advanced Limits, assumptions, engineering detail
La loi de Coulomb est la limite électrostatique de la force de Lorentz et est exacte pour des charges ponctuelles immobiles dans le vide. Dans un milieu matériel, la force entre charges est réduite par la permittivité relative εᵣ, ce qui donne F = |q₁q₂| / (4πε₀εᵣr²) dans un diélectrique linéaire simple, bien que l’interaction physique fasse intervenir des charges liées et soit plus subtile qu’un simple facteur d’écran. Aux très courtes distances, les effets quantiques et la taille finie des particules invalident le modèle ponctuel.

La loi en carré inverse est vérifiée avec une grande précision et est liée à la masse nulle du photon. En ingénierie, la loi de Coulomb explique le potentiel de contact, les précipitateurs électrostatiques, l’électrophotographie et les forces dans les microsystèmes. Elle sert aussi de point de départ pour établir le champ d’une distribution de charge et pour le théorème de Gauss, souvent plus commode pour les géométries symétriques.

Formulas and variables

Loi de Coulomb
F = k × |q₁ × q₂| / r²
F Force électrostatique · N k Constante de Coulomb · ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²/C² q₁, q₂ Charges · C r Distance entre les charges · m
2 µC et 3 µC à 0,30 m s’attirent ou se repoussent avec F ≈ 0,60 N.
Constante de Coulomb
k = 1 / (4 × π × ε₀)
k Constante de Coulomb · N·m²/C² ε₀ Permittivité du vide · ≈ 8,854 × 10⁻¹² F/m
1/(4 × π × 8,854 × 10⁻¹²) ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²/C².
Force dans un champ électrique
F = q × E
F Force électrique · N q Charge · C E Intensité du champ électrique · N/C
Une charge de 2 µC dans un champ de 30 000 N/C subit F = 0,060 N.

Units of measurement

QuantitySymbolUnit
Force électrique F newton (N)
Charge électrique q coulomb (C)
Distance r mètre (m)
Permittivité du vide ε₀ farad par mètre (F/m)

Worked examples

Worked example

Force entre deux charges en microcoulombs

Problem. Deux charges ponctuelles de 2,0 µC et 3,0 µC sont séparées de 0,30 m dans l’air. Calculer la force entre elles.

Solution. F = k × |q₁q₂| / r² = 8,99 × 10⁹ × (2,0 × 10⁻⁶ × 3,0 × 10⁻⁶) / (0,30)² = 8,99 × 10⁹ × 6,0 × 10⁻¹² / 0,090 ≈ 0,599 N.

F ≈ 0,60 N ; la force est répulsive car les deux charges sont positives.
Worked example

Pourquoi un coulomb est une grande charge

Problem. Estimer la force entre deux charges de 1,0 C séparées de 1,0 m.

Solution. F = 8,99 × 10⁹ × (1,0 × 1,0) / 1,0² = 8,99 × 10⁹ N.

F ≈ 8,99 × 10⁹ N, ce qui montre pourquoi les charges électrostatiques courantes se mesurent en microcoulombs ou moins.

Practical applications

  • Précipitateurs électrostatiques et dépoussiérage
  • Électrophotographie et impression laser
  • Microsystèmes et actionneurs électrostatiques
  • Compréhension de l’électrisation et des décharges statiques

Automotive applications

La charge statique sur la carrosserie d’un véhicule peut provoquer une petite décharge en touchant la poignée de porte, et cette même charge peut endommager des composants électroniques lors d’une intervention. La force décrite par la loi de Coulomb est faible pour la charge concernée, mais la tension peut être élevée. Les bandes antistatiques et une mise à la terre correcte pendant la réparation réduisent la décharge et le risque pour l’électronique.

Industrial applications

Les précipitateurs électrostatiques utilisent la force sur les particules chargées pour retirer les poussières des effluents industriels. Le poudrage électrostatique utilise des particules de peinture chargées attirées vers une pièce mise à la terre, ce qui donne un revêtement régulier. Dans les deux cas, la force suit la loi de Coulomb, et la conception des électrodes et la répartition du champ déterminent l’efficacité de la captation ou du revêtement.

Measurement procedure

  1. La force électrostatique se calcule généralement à partir de la charge et de la géométrie plutôt qu’elle ne se mesure directement ; une balance de torsion ou un capteur de force sensible peut la mesurer en laboratoire.
  2. La charge peut être mesurée avec un électromètre ou calculée à partir du courant et du temps, puis utilisée dans la loi de Coulomb.
  3. La relation en carré inverse peut être vérifiée en mesurant la force à plusieurs distances avec un montage étalonné.
  4. Dans l’air, l’humidité favorise la fuite de charge : les mesures électrostatiques exigent des conditions maîtrisées.

Common mistakes

  • Oublier d’élever la distance au carré dans la loi en carré inverse.
  • Utiliser des centimètres ou des millimètres dans la formule au lieu de mètres.
  • Croire que le signe des charges change la valeur de la force ; il ne change que l’attraction ou la répulsion.
  • Appliquer la formule des charges ponctuelles à de grands objets chargés sans vérifier que les charges peuvent être considérées comme concentrées en leurs centres.

Safety considerations

  • Les décharges statiques peuvent enflammer des vapeurs inflammables ; lier et mettre à la terre les équipements lors du transfert de carburant.
  • Les équipements électrostatiques haute tension peuvent stocker une énergie dangereuse dans leurs condensateurs même après coupure.
  • Les décharges électrostatiques peuvent détruire des composants électroniques ; utiliser des bracelets antistatiques reliés et des emballages adaptés.

Frequently asked questions

La loi de Coulomb s’applique-t-elle dans un matériau ?
Pour un diélectrique linéaire simple, la force est réduite par la permittivité relative. La description complète fait intervenir la polarisation du matériau : la formule dans le vide est donc le point de départ le plus clair.
Que se passe-t-il si la distance double ?
La force devient le quart de sa valeur initiale, car elle est inversement proportionnelle au carré de la distance.
La loi de Coulomb est-elle la même que la loi de gravitation de Newton ?
Elles ont la même forme en carré inverse, mais la gravitation est toujours attractive et bien plus faible, tandis que la force électrique peut attirer ou repousser et est bien plus intense pour les particules élémentaires.
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