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RÉSUMÉ
Les aimants permanents présentent des perspectives d’avenir très favorables dans un certain nombre de domaines industriels. La croissance du marché automobile ajoutée à celle du nombre d’aimants par véhicule continuent de faire progresser le marché des aimants permanents, essentiellement des ferrites. D’autres secteurs d’activités, tels que l’aéronautique, l’énergie éolienne, les technologies de l’information, utilisent des aimants de la famille des terres rares, essentiellement Nd-Fe-B. Les autres familles d’aimants, tels que Alnico, Sm-Co sont utilisés pour des applications de niche, en raison de leurs propriétés spécifiques.
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Luc LECHEVALLIER : Docteur en Physique - Maître de Conférences à l’IUP Génie Électrique de l’Université de Cergy-Pontoise - Groupe de Physique des Matériaux, UMR CNRS 6634 - Université de Rouen, Faculté des Sciences et Techniques
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Jean-Marie LE BRETON : Docteur en Physique - Professeur à l’Université de Rouen - Groupe de Physique des Matériaux, UMR CNRS 6634 - Université de Rouen, Faculté des Sciences et Techniques
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Philippe TENAUD : Ingénieur, Docteur en Physique - Directeur recherche et développement - UGIMAG, Saint Pierre d’Allevard
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Antoine MOREL : Docteur en Physique - Ingénieur recherche et développement - UGIMAG, Saint Pierre d’Allevard
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Serge BRASSARD : Ingénieur, Docteur en Génie Électrique - Ingénieur recherche et développement - UGIMAG, Saint Pierre d’Allevard
INTRODUCTION
Les aimants permanents présentent des perspectives d’avenir très favorables dans un certain nombre de domaines industriels. La croissance du marché automobile ajoutée à celle du nombre d’aimants par véhicule continuent de faire progresser le marché des aimants permanents, essentiellement des ferrites.
D’autres secteurs d’activités plus novateurs et en fort développement, tels que l’aéronautique, l’énergie (éolienne), les technologies de l’information, utilisent des aimants de la famille des terres rares, essentiellement Nd-Fe-B. Les autres familles d’aimants (Alnico, Sm-Co) sont utilisés pour des applications de niche, en raison de leurs propriétés spécifiques : Alnico pour des applications telles que la métrologie, et Sm-Co pour des applications à haute température ou en atmosphère agressive..
L’étude des applications des aimants permanents abordée dans ce dossier envisage les différentes conversions d’énergie qu’il est possible d’obtenir avec ces aimants.
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Conversion d’énergie mécanique en énergie thermique
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4. Conversion d’énergie mécanique en une autre forme d’énergie mécanique
Ces dispositifs fonctionnent grâce aux forces crées directement entre deux aimants. Ces forces sont proportionnelles, au carré de l’induction générée par l’aimant et à la surface de l’aimant
. Du fait de leur induction élevée, les aimants terre rares sont particulièrement intéressants car ils permettent de générer des champs relativement élevés. On obtient ainsi, entre deux pièces comportant des aimants et selon l’orientation des aimants, deux types de phénomènes qui présentent de nombreuses applications :
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les phénomènes de répulsion ou d’attraction utilisés dans :
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les paliers magnétiques,
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les séparateurs de minerai,
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les rappels de touches de clavier,
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les fermetures de portes ;
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les phénomènes de transmission de mouvement utilisés dans les accouplements magnétiques.
4.1 Dispositifs de répulsion ou d’attraction
Lors de l’attraction d’une pièce métallique par un aimant, la force magnétique est maximale lorsque la pièce métallique est collée. Plus on éloigne la pièce métallique d’une distance x et plus la force magnétique diminue. Cette force est donc grossièrement inversement proportionnelle à x (x 0,7 pour de faibles valeurs de x et x 2 pour des valeurs élevées), mais dépend aussi très fortement de la configuration de l’aimant [11].
Lors de la répulsion entre deux aimants, la force magnétique est d’autant plus élevée que les deux aimants sont proches. Comme la force d’attraction, la force de répulsion diminue lorsque la distance x entre les deux aimants augmente. Les forces de répulsion sont strictement opposées à celles que l’on obtient lors de l’attraction mais génèrent en plus pour chaque aimant de forts champs démagnétisants. L’utilisation d’aimants à fort champ coercitif est donc absolument nécessaire...
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ANNEXES
Le marché des aimants permanents a été estimé à 4,4 milliards de $ US en 1998, à plus de 5 milliards de $ US en 2000 et à 8 milliards de $ US en 2007. Il devrait poursuivre sa croissance pour atteindre 11 milliards de $ US en 2010.
De performances magnétiques modestes mais de faible coût, les ferrites restent la famille d’aimants qui domine le marché mondial à la fois en tonnage (90 %) et en chiffre d’affaire (environ la moitié du marché mondial). Ce marché augmente d’environ 5 à 8 % par an. Il bénéficie de la croissance du marché...
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