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LANTHANE ET LANTHANIDES

Applications liées aux propriétés magnétiques

Si les matériaux à base de ferrite ou d'alliages Al-Ni-Co sont les plus connus, on a produit depuis les années 1960 des aimants permanents à base de terres rares, dont les propriétés magnétiques sont exceptionnelles, avec une température de Curie pouvant atteindre 700 0C. L'optimisation des formulations chimiques, résultat direct de la recherche, a permis la mise au point d'aimants de plus en plus performants, de plus en plus petits et façonnables.

Les aimants samarium-cobalt

Aimants permanents et terres rares - crédits : Encyclopædia Universalis France

Aimants permanents et terres rares

Encyclopædia Universalis France

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La formule de base de ces aimants est SmCo5. Puis, avec le temps et la recherche, la formulation s'est compliquée par ajout de faibles quantités de fer, de cuivre, de zinc, d'autres terres rares, etc., jusqu'à l'optimisation des performances (fig. 6). Leur synthèse est simple, selon la technologie de la métallurgie des poudres. Leur force d'aimantation par gramme est supérieure d'un facteur 4 à celle des aimants classiques à base de fer, ce qui permet la miniaturisation des objets dans lesquels ils sont impliqués. Ils présentent une situation unique de haute énergie magnétique, de champ coercitif et de température de Curie élevés. Depuis les années 1980, et malgré un prix plus important que celui des ferrites, la liste des utilisations est très longue : alternateurs, moteurs continus, générateurs à effet Hall, écouteurs des baladeurs, haut-parleurs, appareils de mesure, appareils de levage, microphones, interrupteurs, relais, moteurs pas à pas, détecteurs de métaux, etc. Au Japon et en Allemagne, ils équipent les trains à lévitation magnétique, qui atteindront des vitesses de 500 km/h.

Les aimants néodyme-fer-bore

La formule chimique de base est Nd2Fe14B, le cas échéant partiellement substituée pour augmenter ses performances. Développés à partir des années 1980 et synthétisés selon les procédés métallurgiques traditionnels, ce sont les aimants connus les plus puissants. Leur champ d'application est plus vaste encore que celui des aimants samarium-cobalt en raison de la miniaturisation extrême qu'ils permettent. Nd2Fe14B peut être préparé sous forme de poudre coercitive ; on peut la mouler et accéder à des formes variées par les techniques de la plasturgie. Bien que plus chers, ces aimants sont très utilisés dans l'imagerie médicale.

Imagerie médicale

L'imagerie par résonance magnétique (I.R.M.) est une technique datant des années 1990, alors que l'analyse et la reconnaissance des molécules chimiques plus classiques par cette technique sont connues depuis longtemps (R.M.N.). Il s'agit de repérer la réponse des protons H+ d'un organisme soumis à un champ magnétique variable auquel vient s'ajouter provisoirement un champ additionnel. À l'arrêt de ce champ supplémentaire, les protons se désexcitent en restituant l'énergie emmagasinée selon une cinétique qui leur est propre. L'analyse de la cinétique par des ordinateurs permet de construire une « image » de la zone étudiée, en trois dimensions ou sous forme de coupes selon n'importe quelle orientation de l'espace, contrairement au scanner. Le temps d'acquisition de l'information est inférieur à la seconde, autorisant également des études vasculaires (angio-I.R.M.). L'agent réactif est le gadolinium, fortement paramagnétique. Il est injecté par voie intraveineuse, encapsulé dans une protéine.

Autres applications (ou futures applications)

Disques magnéto-optiques. Les variations de propriétés sous champ magnétique permettent de transmettre les propriétés de la lumière (polarisation, fréquence, etc.). Il s'agit d'une des applications les plus récentes des alliages à base de terres rares. Les systèmes enregistrables et effaçables (CD-R) utilisent des alliages amorphes Gd-Tb-Co-Fe, à basse température critique. Le défi consiste ici à augmenter la densité d'enregistrement, en particulier grâce aux méthodes de synthèse issues des nanotechnologies.

Réfrigérateurs magnétiques. La réfrigération classique est fondée sur des cycles exo- et endo-thermiques, impliquant la compression et l'expansion du gaz fréon. On envisage d'appliquer le cycle magnétisation-démagnétisation à des matériaux contenant des terres rares (grenats, alliages Ln-Al, Ln-Al-B, Ln-Al-C). Avec un fort échange thermique, un tel cycle ne requiert pas de compresseur, donc s'effectue sans bruit ni vibration. Dans un premier temps, l'usage de cette technique sera limitée aux nombreux appareils électroniques, notamment dans les satellites.

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Supraconducteurs. Ces composés, dont la résistance électrique est nulle au-dessous d'une certaine température, ont toujours fortement intéressé les chercheurs, encore plus à partir des années 1980, lorsque la température de transition s'est approchée de la température ambiante. Auparavant, les composés connus avaient une température de transition vers — 230 0C. Ces nouveaux composés appartiennent au système chimique Ln-Ba-Cu-O. L'enjeu est très important car de tels composés, pour peu qu'ils soient filables, permettraient de résoudre bien des problèmes rencontrés lors de la production et du transport de l'électricité, en limitant les pertes en ligne par effet Joule. Actuellement, l'usage des composés supraconducteurs à « haute température » est réservé à des appareillages très particuliers, nécessitant de fortes puissances électriques comme les électro-aimants pour la production de champs magnétiques intenses. Malgré tout, les températures d'utilisation pratique restent inférieures ou au mieux égales à la température de l'azote liquide (— 196 0C).

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Terres rares : caractéristiques physico-chimiques - crédits : Encyclopædia Universalis France

Terres rares : caractéristiques physico-chimiques

Encyclopædia Universalis France

Terres rares : découverte - crédits : Encyclopædia Universalis France

Terres rares : découverte

Encyclopædia Universalis France

Terres rares : éléments - crédits : Encyclopædia Universalis France

Terres rares : éléments

Encyclopædia Universalis France

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Autres références

  • COMPLEXES, chimie

    • Écrit par et
    • 4 306 mots
    • 5 médias
    Complexes polynucléaires - crédits : Encyclopædia Universalis France
    ...éliminer les cations métalliques des eaux résiduaires par coagulation-floculation. En outre, les séparations très délicates des éléments du groupe des lanthanides et du groupe des actinides n'ont pu être réalisées commodément que selon deux techniques utilisées soit séparément, soit conjointement :...

  • IONS ÉCHANGEURS D'

    • Écrit par
    • 6 110 mots
    • 13 médias
    Résines du type sulfonate - crédits : Encyclopædia Universalis France
    La séparation deslanthanides : elle est effectuée sur un échangeur de cations en superposant à la réaction d'échange simple, pour laquelle les différences d'affinité sont quasi nulles, une réaction de formation de complexes, en solution, avec l'acide α-hydroxyisobutyrique (CH...

  • MAGNÉSIUM

    • Écrit par et
    • 4 275 mots
    • 8 médias
    Magnésite - crédits : A.Rizzi/ De Agostini/ Getty Images
    L'addition de thorium (radioactif), delanthanides ou d'argent permet de maintenir les propriétés mécaniques mesurées à chaud. Ces éléments sont compatibles avec le zirconium, et les propriétés spécifiques des deux types d'addition sont cumulatives. Ces alliages sont susceptibles de durcissement...

  • MAGNÉTISME

    • Écrit par , et
    • 15 620 mots
    • 14 médias
    Enregistrement numérique : écriture et lecture - crédits : Encyclopædia Universalis France
    Le magnétisme le plus marqué et le mieux compris est celui des terres rares, oulanthanides, dont les électrons « magnétiques » sont ceux de la couche profonde 4f, écrantée par d'autres couches complètes extérieures, 5s et 5p. Les effets de l'environnement, sans bouleverser totalement...
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Voir aussi

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