MAGNÉTISME (notions de base)

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Le magnétisme est une importante propriété de nombreux systèmes physiques ; ses caractéristiques sont maintenant globalement comprises dans le cadre de la théorie des champs électromagnétiques. Comme c’est souvent le cas, on a su utiliser ce phénomène bien avant d’en élucider le mécanisme ; le développement historique de la boussole a précédé de plusieurs siècles la description mathématique des forces responsables de l’alignement de l’aiguille aimantée avec les lignes du champ magnétique créé par le noyau de fer du globe terrestre. Les développements scientifiques et techniques du xixe siècle ont permis d’établir les lois exprimant les liens entre les courants électriques et les forces magnétiques et de comprendre que le magnétisme est le plus souvent la conséquence des mouvements des charges électriques. L’introduction de la notion de champ remplaçant les lois exprimant des actions à distance – pour les phénomènes magnétiques comme pour les phénomènes gravitationnels – a permis d’unifier électricité et magnétisme dans une théorie de l’électromagnétisme régie par des lois mathématiques mises en forme par Maxwell. Le xxe siècle a vu l’essor de la théorie atomique du magnétisme et la compréhension des transitions de phases magnétiques des matériaux, tandis que la multiplication des applications industrielles et techniques a abouti à l’omniprésence de l’électrotechnique, de l’électronique puis de l’informatique.

Les propriétés magnétiques de la matière se différencient selon les propriétés de la substance à l’échelle atomique. Le ferromagnétisme de quelques métaux et alliages est la propriété la plus utile pour ses nombreuses applications techniques. Les autres corps réagissent de façons diverses à une excitation magnétique : on distingue le diamagnétisme – quasi universel –, le paramagnétisme de certains gaz ou métaux, l’antiferromagnétisme et le ferrimagnétisme de quelques matériaux. L’importance du magnétisme dans la vie quotidienne de nos sociétés technologiques est flagrante : outre les aimants aux usages multiples et variés, les moteurs électriques, les transformateurs, les mémoires magnétiques sont quelques-unes des applications techniques dont on aurait bien du mal à se passer. Signalons enfin que les propriétés particulières de cette force ont amené un sens figuré au magnétisme que le Littré définit comme l’exercice d’une attraction forte et mystérieuse, l’exemple choisi « il y a quelque chose de magnétique dans son regard » laissant le champ libre aux charlatans abusant de la crédulité de leurs clients.

Historique

Bien qu’on ne connaisse aucun de ses écrits, on attribue au philosophe présocratique grec Thalès de Milet (vers — 625, vers — 547) la première description de l’attraction du fer par une pierre appelée magnétite, car elle était répandue dans la région de Magnésia, en Thessalie. Démocrite (vers — 460, vers — 390) tenta une explication du phénomène en argumentant que les atomes de l’aimant pénètrent au milieu des atomes de fer pour les agiter. L’historien latin Pline l’Ancien (23-79) rapporte qu’un certain Dinocares proposa au roi Ptolémée Philadelphe (— 309, — 246) de bâtir à Alexandrie un temple sur la voûte duquel on insérerait des blocs de magnétite afin de soutenir en l’air une statue de fer de la reine Arsinoé. Il semble que les premières boussoles datent du iiie siècle et qu’elles équipèrent couramment les navires vers le xie siècle ; des expériences fondamentales sur les aimants sont relatées et commentées dans l’Epistola de magnete écrit vers 1269 par Pierre le Pélerin de Maricourt, maître du philosophe anglais Roger Bacon, mais on doit attendre 1600 pour que le médecin anglais William Gilbert (1544-1603) développe dans son De magnete une première théorie des aimants. Les lois d’action des charges magnétiques seront écrites par Charles Augustin Coulomb (1736-1806) et Denis Poisson (1781-1840) avant que James Clerk Maxwell (1831-1879) élabore la théorie classique de l’électromagnétisme. Au xxe siècle, la théorie de la relativité d’Albert Einstein permet de comprendre que la distinction entre un champ électrique et un champ magnétique est la conséquence du choix d’un référentiel. Par ailleurs, la physique quantique élucide la nature discontinue des interactions électromagnétiques comprises comme échanges de photons. Elle révèle de plus l’existence du spin, moment cinétique intrinsèque des particules élémentaires, source d’un magnétisme enfouie au cœur de la matière.

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Écrit par :

  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « MAGNÉTISME (notions de base) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetisme-notions-de-base/