Sciences & Techniques: Les aimants

« Il existe toutefois des éléments où les électrons ne sont pas tous contrebalancés, ce qui fait de chaque atome un petit aimant.

Enrègle générale, ces atomes sont orientés au hasard les uns par rapport aux autres, et le champ résultant est encore nul.

Cependant, dans quelques éléments dits ferromagnétiques, dont le fer, le nickel et le cobalt, les atomes sont alignés : cette fois, les champsmagnétiques s'ajoutent. Mais ces alignements ne concernent que de tout petits domaines au sein du cristal et, encore une fois, ces domaines sont orientésde manière aléatoire, et le magnétisme global est voisin de zéro.

Il peut arriver que la structure cristalline privilégie une directiondonnée.

Dans ce cas, les domaines pointent dans la même direction : on a alors un aimant.

A l'état naturel, seuls quelques rarescristaux, et parmi eux la magnétite, présentent cette propriété. Mais si l'on approche un aimant, ou mieux un électroaimant, d'un matériau ferromagnétique, les domaines pivotent et s'orientent dansle sens du champ.

Dès qu'on enlève le champ agissant, ils reprennent le plus souvent des directions aléatoires.

Par chance, unemultitude d'alliages conservent un magnétisme, appelé magnétisme rémanent, et peuvent donc constituer des aimants. Le plus classique est l'acier standard : une aiguille mise en contact avec un aimant devient à son tour aimantée.

Inversement, toutaimant peut être désaimanté si on lui applique un champ opposé de valeur suffisante, dit champ coercitif.

Un bon aimant est celui quia une puissante aimantation rémanente et possède de surcroît un champ coercitif élevé : il garde toute sa force, même sousl'influence de champs contraires.

Tout le problème est de trouver des alliages qui allient au plus haut point ces deux propriétés. La mobilité des domaines élémentaires étant liée à la structure cristalline du matériau, et celle-ci étant déterminée par la nature descomposants, ce ne sont pas fatalement les alliages de métaux ferromagnétiques qui donnent les aimants les plus puissants.

Parexemple, l'alliage 68 % de fer, 32 % de nickel n'a quasiment aucun magnétisme ; il en va de même des aciers inox à haute teneur ennickel.

Inversement, certains composés du manganèse et du chrome sont ferromagnétiques, alors qu'aucun de ces deux métaux nel'est. D'autre part, il n'y a pas que le fer, le nickel et le cobalt qui soient ferromagnétiques : certains métaux des lanthanides, tels que lesamarium, le dysprosium, le néodyme, le sont aussi - ces éléments font partie des "terres rares", appellation impropre, puisque lenéodyme ou le lanthane, par exemple, sont plus abondants que le plomb ou l'étain.

En réalité, ils sont surtout très difficiles à isoler età purifier. En 1970, le samarium fut le premier à mener à une nouvelle classe d'aimants, dits super-aimants, grâce à l'alliage samarium-cobalt,qui a une puissance de sept à huit fois supérieure à celle des meilleures ferrites.

En 1983, les ingénieurs japonais de Sumitomotrouvaient mieux encore : l'alliage néodyme-fer-bore est de 50 % supérieur au samarium-cobalt - le Japon est, avec TDK, le premierproducteur mondial d'aimants ; la France vient en second avec UGIMAG.

Vu leur prix considérable, ces super-aimants servent surtoutdans des appareils de petite taille : bras de lecture des disques durs, moteurs pas à pas des montres ou des imprimantes, capteursou "actuateurs" de la robotique. Mais on les utilise aussi en grand format (plusieurs kilogrammes) dans des générateurs de rayons X , des déflecteurs de particules ou des appareils de RMN. Des super-aimants de cette taille (celle d'une canette de bière) se manipulent non plus à la main, mais à l'aide d'outils de levage, car leur force d'attraction peutdépasser la tonne : toute erreur de manipulation entraîne des accidents (doigts écrasés ou même coupés).Bien entendu, les recherches se poursuivent en quête d'aimants dotés d'un magnétisme encore plusintense.

La connaissance des moments magnétiques des atomes ou des électrons permet de savoir à peuprès quelles associations d'éléments vont conduire à des alliages ferromagnétiques, mais le nombre de combinaisons à tester est considérable : il existe une soixantaine de corps simples que l'on peut associer par deux (1 770combinaisons), par trois (34 220 combinaisons ou par quatre (487 635 combinaisons). Et, pour chaque combinaison, il faut expérimenter une centaine de pourcentages des composants.

La plupart des alliages à deuxéléments ont fait l'objet d'études précises.

Il n'en va pas de même des combinaisons à trois éléments, qui ont déjà donné les super-aimants "néo", et encore moins de celles à quatre composants.

C'est peut-être de là que sortira un aimant de la taille d'une maincapable de soulever une voiture.. »