MAGNÉTOSTRICTION

Les effets de la magnétostriction, légère déformation qui, dans un cristal ferromagnétique, accompagne une variation de l'aimantation, présentent une forte analogie avec ceux de l'électrostriction ou de la piézo-électricité.

Les déformations statiques de très faible valeur qu'elle crée sont amplifiées à l'aide de phénomènes de résonance mécanique existant au sein même du matériau magnétostrictif. Les applications de la magnétostriction constituent l'un des outils fondamentaux de la technique de production ou de détection des ultrasons. On traitera ici quelques exemples caractéristiques, renvoyant, pour l'exposé théorique, à l'article magnétisme.

Oscillateur magnétostrictif

Pour étudier les effets dynamiques de la magnétostriction, considérons, de manière très schématique, le cas d'un barreau allongé. Un enroulement AA′, parcouru par un courant continu, détermine l'état magnétique moyen du matériau, correspondant à un point (H₀,B₀) du cycle d'hystérésis.

L'effet magnétostrictif de Joule s'exprime par la relation :

La loi de Hooke de l'élasticité relie la tension θ à la dilatation ε par l'intermédiaire du module d'Young Y, soit :

D'autre part, la perméabilité différentielle μ, l'induction B et le champ magnétique H sont liés par la relation d'induction :

Enfin, l'effet magnétostrictif de Villari relie l'induction à la dilatation :

En considérant les variations de ces grandeurs autour de leurs valeurs moyennes (symbole *), on obtient, à partir des relations précédentes :

a) la contrainte élastique :

b) la force d'inertie :

c) une force de dissipation proportionnelle à la vitesse :

La dilatation étant la dérivée du déplacement :

On reconnaît l'équation de propagation d'une onde avec la célérité c = √Y(1 − k²)/ρ dans une ligne d'impédance acoustique Z = √ρY(1 − k²). Si, par exemple, le barreau de longueur l a une extrémité encastrée et l'autre libre, son mode fondamental correspond à une fréquence de résonance ν₀ = c/4 l.

Tel est l'oscillateur magnétostrictif dû à G. W. Pierce (1928) et dont dérivent les transducteurs. Il est par essence un système réversible. À l'émission, d'une part, un courant alternatif est envoyé dans l'enroulement BB′ ; il donne lieu, par effet Joule, à une onde de tension stationnaire dans le barreau, laquelle émet une onde acoustique dans le milieu couplé à ce dernier. À la réception, une onde élastique perçue par le barreau provoque par effet Villari une variation d'induction magnétique : une force électromotrice apparaît entre les bornes BB′.