Présentation
Auteur(s)
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François LEPRINCE-RINGUET : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Docteur ès Sciences
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le mot Aimant doit son origine au latin « Adamas » qui signifie fer, diamant. En effet, les premiers aimants connus, déjà du temps des Grecs, étaient à base de fer ; c’était la pierre d’aimant au magnétite, oxyde de fer naturel utilisé comme minerai. Vers le XII e siècle apparaissent en Europe les premiers aimants artificiels en fer, et peu de progrès ont été faits dans ce domaine jusque vers les années 30. Les matériaux utilisés étaient alors des aciers durs martensitiques au chrome, au tungstène ou au cobalt, caractérisés par la traditionnelle forme en U.
Les progès technologiques réalisés au cours des soixante dernières années ont complètement révolutionné les possibilités des aimants permanents. De nouveaux types ont été découverts, synthétisés et industrialisés, avec des performances telles que les applications ont pu se multiplier dans de nombreux domaines, de l’automobile à l’électroacoustique, de l’horlogerie à l’industrie minière, de l’électroménager au jouet, etc. On estime en effet à l’heure actuelle (1995) qu’un logement moderne utilise plus de cinquante aimants allant de la fermeture de la porte du réfrigérateur au rotor du moteur du presse-citron. Il en est de même pour l’automobile et certaines voitures comprennent plusieurs kilogrammes d’aimants pour une centaine de fonctions différentes.
C’est ainsi qu’environ 300 000 t d’aimants permanents sont utilisés dans le monde chaque année, entraînant une concurrence internationale sévère entre les différents constructeurs, de plus en plus obligés de faire appel à l’automatique et à la robotique pour rester compétitifs, en particulier dans le domaine grand public.
Après avoir passé en revue les grandes classes de matériaux pour aimants permanents, leurs propriétés et leurs domaines d’applications, l’article traite chaque type plus particulièrement en mettant l’accent sur ses avantages et ses inconvénients comparés aux autres matériaux. Il aborde également les applications de ces aimants, sans toutefois entrer dans les détails techniques pour lesquels le lecteur se reportera aux articles correspondants dans les différents traités de la collection.
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- Version courante de mai 2009 par Jean-Marie LE BRETON, Luc LECHEVALLIER, Philippe TENAUD, Antoine MOREL
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Matériaux céramiques : ferrites durs1. Grandes classes de matériaux pour aimants permanents
1.1 Caractéristiques générales
Les matériaux que l’on utilise pour leurs propriétés magnétiques peuvent se classer en deux grandes familles :
-
les matériaux magnétiques durs qui sont des aimants permanents ;
-
les matériaux magnétiques doux qui ne présentent des propriétés magnétiques qu’en présence d’une excitation extérieure.
En effet, quand un matériau est placé dans un champ électromagnétique extérieur
, il se crée une induction magnétique
propre au matériau qui est due à la polarisation des domaines, petites régions dans lesquelles les dipôles magnétiques s’orientent localement. Lorsque l’on supprime le champ extérieur, il reste une polarisation résiduelle dans le cas des matériaux magnétiques durs, appelée rémanence, alors qu’il n’y en a pratiquement pas dans les matériaux magnétiques doux.
La courbe B = f (H ) relative à chaque type de matériau est appelée cycle d’hystérésis. La figure 1 montre la forme de ces courbes dans les deux cas évoqués.
dans la suite de l’article, nous appellerons aimants tous les matériaux durs.
Il existe maintenant une grande variété de matériaux pour aimants permanents dont les propriétés et les applications sont très diverses. Ce sont soit des matériaux céramiques, soit des matériaux métalliques qui sont caractérisés par leurs principales propriétés magnétiques, l’induction rémanente Br et le champ coercitif Hc , et qui ont de plus des caractéristiques mécaniques ou physico-chimiques qui influent largement sur les domaines d’applications.
Nous commencerons par citer ces matériaux avant de les étudier plus en détail dans les paragraphes ...
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