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Auteur(s)
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Jacques DEGAUQUE : Professeur à l’Institut national des sciences appliquées de Toulouse (INSA) Laboratoire de physique de la matière condensée (UMR‐CNRS)
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Les matériaux à propriétés magnétiques dures ou aimants permanents sont des solides ferromagnétiques ou ferrimagnétiques à la température ambiante. Une fois aimantés, ils sont susceptibles de garder indéfiniment un certain état magnétique caractérisé par une aimantation rémanente notable et une résistance à la désaimantation élevée. Peu de branches de la technique ont progressé aussi rapidement au cours du XX e siècle, tout en ayant une histoire aussi ancienne que celle des aimants permanents. Les meilleurs d’entre eux, élaborés aujourd’hui, sont près de 130 fois plus puissants que ne l’étaient ceux que l’on utilisait en 1900 tandis que leur résistance à la désaimantation peut être 250 fois plus importante.
Fabriquer un aimant revient à ordonner parallèlement l’ensemble des moments magnétiques d’un matériau et à les y maintenir par des forces agissant au niveau des atomes insérés dans le cristal. La création d’un aimant permanent requiert de l’énergie. Mais une fois terminé, l’aimant moderne est un convertisseur d’énergie de performance exceptionnelle qui crée lui‐même — sous certaines conditions d’utilisation appropriées — un champ magnétique sans consommation d’énergie ni perte d’intensité.
Les matériaux magnétiques durs sont avant tout caractérisés par la valeur de leur aimantation rémanente et par celle du champ coercitif. L’aimantation rémanente est déterminée par l’aimantation spontanée du matériau, ce qui impose la présence d’éléments de transition. La coercitivité est liée à l’anisotropie magnétique. Mais les propriétés magnétiques optimales ne sont obtenues qu’en présence d’une microstructure ou nanostructure hétérogène capable de contrôler efficacement et favorablement les mécanismes d’aimantation mis en jeu. L’objet de ce premier article est de proposer un rappel des principales caractéristiques magnétiques des matériaux et de faire ressortir les conditions nécessaires à l’émergence des propriétés magnétiques dures.
Cet exposé fait partie d’un ensemble de trois articles :
[M 4 600] Matériaux à propriétés magnétiques dures : notions de base ;
Matériaux à propriétés magnétiques dures : matériaux industriels Matériaux à propriétés magnétiques dures : matériaux industriels ;
Matériaux à propriétés magnétiques dures spécifiques et en devenir Matériaux à propriétés magnétiques dures spécifiques et en devenir ;
auxquels est associé un fascicule de documentation :
Matériaux à propriétés magnétiques dures. « Pour en savoir plus ».
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Fondements du magnétisme de la matière condensée
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2. Lexique pour aimants permanents : définitions et unités
2.1 Cycles d’hystérésis : points caractéristiques
Appliquons un champ magnétique H progressivement croissant à un aimant permanent en forme de tore (Hd = 0), initialement désaimanté et dont la température est inférieure à celle de Curie TC . La figure 2a représente l’évolution des caractéristiques intrinsèques :
du matériau : M et B suivent leur courbe de première aimantation (courbes noires). Pour chaque valeur de H, les rapports :
définissent respectivement la susceptibilité et la perméabilité absolues, tandis que :
représentent la susceptibilité et la perméabilité relatives du matériau, par rapport au vide.
Lorsque
l’aimantation atteint une valeur limite à saturation Ms . Si le champ est alors progressivement réduit, M et B ne redescendent pas leur courbe de première aimantation mais atteignent, pour H = 0, le point de rémanence : Br = µ0 Mr , montrant ainsi que le matériau conserve totalement (Mr / Ms = 1) ou partiellement (Mr / Ms < 1) l’aimantation acquise. Il convient alors d’inverser le sens de H pour faire décroître l’aimantation et annuler successivement :
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l’induction interne, ce qui est obtenu pour la valeur...
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