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MAGNÉTISME

Mécanismes de l'aimantation technique

Pour minimiser l' énergie magnétostatique et compte tenu de l'énergie magnétocristalline, un monocristal de fer (structure cubique) à l'état vierge ou désaimanté se subdivise en un nombre très grand de domaines élémentaires, dits domaines de Weiss, appartenant à six catégories différentes, chaque catégorie ou phase correspondant à une des six directions de facile aimantation (axes quaternaires du cube). Le processus d'aimantation d'un tel échantillon met en jeu trois mécanismes.

Le premier, celui des déplacements de parois, correspond au déplacement des frontières séparant deux domaines élémentaires, de manière à augmenter le volume du domaine dont la composante de l'aimantation dans la direction du champ appliqué est la plus grande. Comme l'énergie à dépenser pour produire ce déplacement est inférieure à celles qui sont mises en jeu dans les deux autres processus, ce mécanisme joue un rôle prépondérant dans la région initiale de la courbe d'aimantation.

Le deuxième mécanisme correspond, à l'intérieur d'un domaine, à une rotation de l'aimantation spontanée, qui s'écarte de la direction de facile aimantation pour se rapprocher de la direction du champ appliqué. Il faut pour cela surmonter l'énergie magnétocristalline ; ce mécanisme ne prend donc de l'importance que dans les champs moyens ou forts, dans la région terminale de la courbe d'aimantation.

Enfin, un dernier mécanisme correspond à une augmentation de la grandeur de l'aimantation spontanée Ms sous l'action du champ appliqué. Cette augmentation est souvent très faible ou négligeable, en particulier quand le champ appliqué est faible par rapport au champ moléculaire.

Aimantation d'un monocristal de fer - crédits : Encyclopædia Universalis France

Aimantation d'un monocristal de fer

Encyclopædia Universalis France

La figure illustre bien ces mécanismes : selon l'axe quaternaire [100], seuls interviennent en champ faible des déplacements de parois ; au contraire, selon l'axe ternaire [111], au déplacement des parois s'ajoute, pour des champs plus élevés, une rotation des moments, qui s'éloignent peu à peu des directions quaternaires pour s'aligner selon [111], en luttant contre l'énergie d'anisotropie magnétocristalline : ce processus met en jeu une dépense en énergie bien supérieure.

Dans un matériau polycristallin, constitué d'un très grand nombre de cristallites élémentaires, ou grains, le matériau apparaît isotrope en moyenne, chaque grain étant orienté au hasard. La courbe de première aimantation est alors intermédiaire entre les courbes relatives aux directions de facile et de difficile aimantation.

Pour des structures cristallographiques différentes, les courbes d'aimantation présentent des allures variées selon l'orientation relative du champ appliqué et de la direction de facile aimantation.

Les parois

Bon nombre d'applications importantes des matériaux doux (machines tournantes, alternateurs, mémoires à bulles, etc.) ne mettent en jeu que les déplacements de parois.

Ces parois ne sont pas des surfaces géométriques séparant deux domaines d'aimantation spontanée Ms1 et Ms2, mais des sortes de murs d'épaisseur finie, à l'intérieur desquels l'aimantation spontanée tourne progressivement de Ms1 à Ms2. Le supplément d'énergie d'échange lié à la désorientation relative des moments peut se calculer en sommant l'équation (6) sur toutes les paires de porteurs. Pour une substance de symétrie cubique, ce supplément d'énergie est donné par la formule de Landau-Lifshitz :

où α, β et γ ont été déjà définis ; n est le coefficient de champ moléculaire et d est la distance séparant deux atomes proches voisins. Ce supplément d'énergie est d'autant plus petit que la transition est plus progressive, c'est-à-dire que l'épaisseur est plus grande. Au contraire, comme il existe à l'intérieur du mur[...]

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Écrit par

  • : docteur ès-sciences physiques, directeur de recherche au C.N.R.S.
  • : ingénieur I.S.E.P., docteur ès sciences, directeur de recherche au C.N.R.S.
  • : Prix Nobel de physique, professeur à l'Institut national polytechnique de Nancy et à l'université de Nancy

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Classification

Pour citer cet article

Damien GIGNOUX, Étienne de LACHEISSERIE et Louis NÉEL. MAGNÉTISME [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Enregistrement numérique : écriture et lecture - crédits : Encyclopædia Universalis France

Enregistrement numérique : écriture et lecture

Encyclopædia Universalis France

Performances d'un aimant - crédits : Encyclopædia Universalis France

Performances d'un aimant

Encyclopædia Universalis France

Arrangements complexes - crédits : Encyclopædia Universalis France

Arrangements complexes

Encyclopædia Universalis France

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Autres références

  • MAGNÉTISME (notions de base)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 3 758 mots
    • 1 média

    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...

  • PREMIÈRES ÉTUDES DU MAGNÉTISME

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 112 mots
    • 1 média

    En 1600, l'Anglais William Gilbert (1544-1603), que ses contemporains appellent le « père de la philosophie magnétique », publie à Londres son De Magnete magnetecisque corporibus et magno magnete tellure. Quelque quatre cents ans après la propagation en Occident de la boussole inventée...

  • AIMANTS

    • Écrit par Roger FONTAINE
    • 6 273 mots
    • 13 médias
    Matériau ferromagnétique - crédits : Encyclopædia Universalis France

    Les aimants permanents sont des corps ferromagnétiques qui, une fois aimantés, conservent un certain état magnétique dont l'effet le plus sensible est d'attirer un morceau de fer.

    C'est en 1600 que paraît le premier ouvrage sur les aimants : De magnete. Son auteur, William Gilbert,...

  • BOUSSOLE

    • Écrit par Olivier LAVOISY
    • 204 mots

    L'utilisation du magnétisme, qui permet d'orienter une aiguille aimantée, suit une évolution progressive imparfaitement connue : première mention d'une aiguille aimantée au iie siècle avant notre ère, utilisation attestée du magnétisme vers le vie siècle (géomancie ?), connaissance...

  • COULOMB CHARLES AUGUSTIN (1736-1806)

    • Écrit par C. Stewart GILLMOR
    • 2 018 mots
    • 1 média
    Pendule de Coulomb - crédits : Keystone/ Getty Images
    Coulomb est surtout connu aujourd'hui pour ses travaux sur l'électricité et le magnétisme, qui marquèrent une étape majeure de l'histoire de ces deux sciences. Il s'efforça d'étendre la conception newtonienne des forces centrales attractives et répulsives aux domaines de l'électricité et du magnétisme....

  • DIAMAGNÉTISME

    • Écrit par Jean HOARAU
    • 346 mots

    Les corps qui, contrairement aux substances dites magnétiques, possèdent une perméabilité magnétique μ (rapport entre le vecteur induction B et le vecteur champ H) inférieure à celle du vide sont dits diamagnétiques. Les lignes de force d'un champ magnétique sont alors repoussées vers l'extérieur...

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Voir aussi

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