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1 - CONTEXTE

  • 1.1 - À propos de deux exemples
  • 1.2 - Système magnétocalorique : des principes à la machine

2 - EFFET MAGNÉTOCALORIQUE

3 - MATÉRIAUX À FORT EFFET MAGNÉTOCALORIQUE

4 - DISPONIBILITÉ ET MISE EN ŒUVRE

5 - MACHINES ET SYSTÈMES DE RÉFRIGÉRATION

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : RE130 v1

Matériaux à fort effet magnétocalorique
Matériaux magnétocaloriques

Auteur(s) : Daniel FRUCHART, Damien GIGNOUX

Date de publication : 10 juil. 2009

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INTRODUCTION

Ce dossier fait le point sur l'état actuel des recherches sur les matériaux magnétocaloriques les plus prometteurs pour la réfrigération. Après une première partie consacrée au contexte dans lequel se situent ces recherches, une description plus détaillée de l'effet magnétocalorique et sa détermination expérimentale sont traitées dans une deuxième partie. La troisième partie, la plus importante, présente les propriétés et les performances des différents composés auxquels on s'intéresse en raison de leurs performances élevées. La disponibilité et la mise en œuvre sont rapidement abordées dans la quatrième partie. Enfin, les systèmes de réfrigération existants sont à peine esquissés dans la cinquième partie.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re130


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3. Matériaux à fort effet magnétocalorique

3.1 Classification

On peut classer les matériaux présentant un effet magnétocalorique significatif selon la forme topologique et la nature des configurations magnétiques ou électroniques des systèmes considérés (ferromagnétiques, verres de spin, superparamagnétiques, etc.) Matériaux magnétocaloriques[11]. Les fondamentaux et la phénoménologie thermodynamique de tels systèmes sont amplement décrits dans Matériaux magnétocaloriques[5]. Cependant, et en vue de l'ingénierie des composants et des machines frigorifiques, il convient de se restreindre ici à certains types de composés parmi les plus performants, classés selon leur formulation et leurs caractéristiques physico-chimiques. On considère d'abord les composés et les matériaux selon la nature des atomes combinés, à savoir les composés et les alliages de caractère métallique, d'une part, et les composés isolants électriquement comme des oxydes, d'autre part. La nature chimique des éléments portant le magnétisme est également d'importance puisqu'au caractère localisé du magnétisme des niveaux 4f du métal de terre rare (R) correspond aussi la potentialité d'une forte anisotropie magnétique liée aux effets du champ cristallin. Par ailleurs, au magnétisme de bande (ou itinérant) des couches 3d du métal de transition (T) correspond l'avantage de générer de plus fortes températures d'ordre magnétique. Il en résulte, de même, que les interactions d'échange sont généralement plus faibles pour le premier type de porteurs magnétiques que pour le second. En troisième lieu, il convient de considérer les composés mixtes combinant les avantages de la première et de la seconde classe, l'art du physico-chimiste consistant à en minimiser leurs inconvénients propres. Il ne faut alors pas forcément écarter les éléments de terre rare à forte aimantation qui, bien que pourvu d'un fort moment orbital, peuvent voir les effets d'anisotropie magnétocristalline, résultant de cet effet orbital,...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LEBOUC (A.), ALLAB (F.), FOURNIER (J.-M.), YONNET (J.-P.) -   Réfrigération magnétique.  -  [RE 28] Innovation Environnement-Sécurité-Énergie (2005).

  • (2) - GEOFFROY (O.) -   Physique des matériaux magnétiques.  -  [D 2 080] Convertisseurs et machines électriques (2006).

  • (3) - GEOFFROY (O.) -   Propriétés techniques des matériaux magnétiques.  -  [D 2 081] Convertisseurs et machines électriques (2006).

1 Sources bibliographiques

WARBURG (E.) - * - Ann. Phys., 13, p. 141 (1881).

WEISS (P.) - PICCARD (A.) - * - Compt. Rend., 166, p. 352 (1918).

LEBOUC (A.) - ALLAB (F.) - FOURNIER (J.-M.) - YONNET (J.-P.) - Réfrigération magnétique. - [RE 28] Techniques de l'Ingénieur (2005).

EGOLF (P.W.) - KITANOVSKI (A.) - GENDRE (F.) - SARI (O.) - * - http://www.vd.ch/fileadmin/user_upload/organisation/dfj/dges/fichiers_pdf/060915-refroidissement.pdf

TISHIN (A.M.) - SPICHKIN (Y.I.) - The magnetocaloric effect and its applications. - Series in Condensed Matter Physics, Institute of Physics Publishing (IoP) (2003).

PECHARSKY (V.K.) - GSCHNEIDNER Jr. (K.A.) - PECHARSKY (A.O.) - TISHIN (A.M.) - * - Phys. Rev., B64, 144406 (2001).

BEAN (C.P.) - RODBELL (D.S.) - * - Phys. Rev., 126, p. 104 (1962).

WIENDLOCHA (B.) - TOBOLA (J.) - KAPRZYK (S.) - ZACH (R.) - HLIL (E.K.) - FRUCHART (D.) - * - J. Phys. D. Appl. Phys., 41, 205007 (2008).

GEOFFROY (O.) - Physique des matériaux magnétiques. - [D 2 080] Convertisseurs et machines électriques, Techniques de l'Ingénieur (2006).

GEOFFROY (O.) - Propriétés techniques des matériaux magnétiques. - [D 2 081] Convertisseurs et machines électriques, Techniques de l'Ingénieur (2006).

DU TRÉMOLET DE LACHEISSERIE (E.) - Magnétisme : Fondements. - EDP Sciences (2000).

GSCHNEIDNER Jr. (K.A.) - PECHARSKY (V.K.) - TSOKOL (A.O.) - Recent developments in magnetocaloric materials. - Rep. Prog. Phys., 68, p. 1479-1539 (2005).

SELTE (K.) - KJEKSHUS (A.) - ANDERSEN (A.F.) - ZIEBA (A.) - * - J. Phys. Chem. Solids, 38, p. 719 (1977).

WADA (H.) - TANABE (Y.) - * - Appl. Phys. Lett., 79, p. 3302 (2001).

WADA (H.) - TANIGUCHI (K.) - TANABE (Y.) - * - Mater. Transact., 43, p. 73 (2002).

DE CAMPOS (A.) - ROCCO (D.L.) - CARVALHO (A.M.G.) - CARON (L.) - COELHO (A.A.) - GAMA (S.) - DA SILVA (L.M.) - GANDRA (F.C.G.) - DOS SANTOS (A.O.) - CARDOSO (L.P.) - VON RANKE (P.J.) - DE OLIVEIRA (N.A.) - * - Nature Materials,...

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