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RÉSUMÉ
Les matériaux magnétiques sont impliqués dans bon nombre d’applications de notre quotidien ; la production, la distribution et la conversion de l'énergie, mais aussi le stockage de l'information. Aucune ne serait réellement efficace sans la connaissance des propriétés des matériaux que peut procurer une mesure magnétique précise et reproductible. Cet article reprend tout d’abord la définition des grandeurs physiques et la phénoménologie associée, les concepts et les méthodes de base appliqués à la caractérisation des matériaux magnétiques. Sont décrits ensuite les modes de génération et les différentes méthodes de mesure des champs magnétiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Fausto FIORILLO : Directeur de recherches à l'Institut national de recherches métrologiques (INRIM, Turin, Italie)
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Frédéric MAZALEYRAT : Maître de conférences à l'Université Paris XII (pour la traduction en français)
INTRODUCTION
Les matériaux magnétiques satisfont les demandes fondamentales de notre société, comme la génération, la distribution et la conversion de l'énergie, ainsi que le stockage de l'information. Ils sont impliqués dans une myriade d'applications qui font partie de notre vie quotidienne. Aucune de ces applications ne serait efficace sans la connaissance des propriétés des matériaux que peut procurer une mesure magnétique précise et reproductible. Le mesurage, qui requiert une bonne compréhension des aspects scientifiques sous-jacents, a des conséquences pratiques quand le consensus existe et que les standards sont fixés. Par rapport à cela, les instituts métrologiques et de standardisation jouent un rôle clé.
Dans ce dossier, en partant de la définition des grandeurs physiques et de la phénoménologie associée, les concepts et les méthodes de base appliqués à la caractérisation des matériaux magnétiques sont résumés, puis la production et les différentes méthodes de mesure des champs magnétiques décrites. Le mesurage de l'hystérésis magnétique et des paramètres associés, qui sont le cœur de toute application technologique, fait l'objet du dossier [D 1 505].
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Mesurage des champs magnétiques
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2. Génération des champs magnétiques
2.1 Sources de champ magnétique
La caractérisation des matériaux magnétiques techniques requière que l'on puisse produire et contrôler le champ sur une gamme d'amplitude couvrant plusieurs ordres de grandeur. Si l'on doit tester des matériaux doux, on peut exploiter les champs générés par des bobinages de forme adaptée, parcourus par des courants continus ou alternatifs. Pour la caractérisation des matériaux durs, qui nécessitent des champs supérieurs à 104-10 5 A/m, l'utilisation de bobines à air conventionnelles n'est envisageable qu'en régime pulsé, à cause d'évidents problèmes de dissipation thermique. Pour produire de forts champs continus ou lentement variables, on emploie des électroaimants (jusqu'à environ 2 · 10 6 A/m) ou des bobines supraconductrices (jusqu'à environ 107 A/m). Des arrangements particuliers d'aimants permanents à base de terres-rares peuvent permettre également de couvrir une gamme qui dépasse celle des électroaimants.
HAUT DE PAGE2.2 Bobines filaires
L'évaluation pratique des matériaux doux demande souvent des champs magnétiques uniformes sur une grande distance.
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Une manière habituelle d'obtenir de tels champs est d'utiliser un[nbsp ]solénoïde, qui est en fait une nappe de courants réalisée par[nbsp ]l'enroulement uniforme d'un fil autour d'un tube. Pour un solénoïde infini, le champ est parfaitement uniforme et directement donné par l'intégrale sur le chemin entourant le courant :
avec :
- n0 :
- nombre de spires par unité de longueur,
- i :
- courant circulant dans le fil.
Cette condition peut être obtenue au moyen d'un solénoïde toroïdal, mais alors, le chemin magnétique augmente avec le rayon r, et le champ magnétique décroît alors en 1/r depuis le diamètre...
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Génération des champs magnétiques
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LANDAU (L.V.), LIFSHITZ (E.M.) - Electrodynamics of continuous media. - Pergamon Press (1989).
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(2) - CHEN (D.X.), BRUG (J.A.), GOLDFARB (R.B.) - Demagnetizing factors for cylinders. - IEEE Trans. Magn., 27, p. 3601-3619 (1991).
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(3) - BERTOTTI (G.) - Hysteresis in Magnetism. - Academic Press, p. 391 (1998).
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(4) - CRAIK (D.) - Magnetism – Principles and Applications. - Wiley, p. 358 (1995).
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(5) - GARRETT (M.W.) - Axially symmetric systems for generating and measuring magnetic fields. - J. Appl. Phys., 22, p. 1091-1107 (1951).
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(6) - MAXWELL (J.C.) - A treatise on Electricity and Magnetism. - Dover (1954).
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...
Base de données KCDB du Bureau international des Poids et Mesures BIPM http://www.bipm.fr/BIPM-KCDB
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Logiciels de calcul électromagnétiques par éléments finis
FEMM, http://femm.foster-miller.net (logiciel libre 2D)
Comsol, http://www.comsol.fr
Flux 3D, http://www.cedrat.com
ANSYS, http://www.ansys.fr
HAUT DE PAGE
Matériaux pour le Génie Électrique (MGE), France tous les 3 ans.
Soft Magnetic Materials (SMM), Europe, années impaires, prochaine conférence Turin sept. 2009, http://www.magneticsmagazine.com
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