PYTHAGORE

SOMMAIRE

LES MATERIAUX MAGNETIQUES :

Il existe 3 matériaux magnétiques fondamentaux: le fer, le cobalt et le nickel. D'autres matériaux sont fabriqués par alliages de ces métaux entre eux ou avec d'autres corps non magnétiques. Exemple : les aciers qui comportent du fer, du carbone, du nickel, du chrome, du manganèse, des traces de soufre, de phosphore, d'aluminium, Etc. Suivant leur composition, ces alliages magnétiques auront des propriétés différentes. Les principales sont :

1. la perméabilité,

2. le seuil de saturation,

3. la rémanence

a) La perméabilité :

La perméabilité est la faculté que possède un matériau à canaliser le champ magnétique, c’est à dire à concentrer les lignes de champ du spectre magnétique ou à augmenter la valeur de l’induction magnétique.

La valeur de la perméabilité est notée (mu0) :

Dans le cas de l'air, du vide, ou des matériaux non magnétiques, elle est notée Mu0 et sa valeur et 4.PI.10-7. Pour un matériau magnétique, on définit la perméabilité relative, notée (mu-r):

qui représente le rapport entre l'induction dans l'air et dans le matériau. La perméabilité "absolue" (mu) du matériau vaut dans ce cas :

Pour déterminer l'induction créée dans un matériau magnétique (par exemple dans le noyau d'une bobine), on peut tout d'abord calculer l'induction qui existerait dans l'air en l'absence de ce matériau, puis multiplier par la perméabilité relative air.

Remarque : Les "bons" matériaux magnétiques peuvent avoir une perméabilité supérieure à 10 000. Par exemple, la présence d'un noyau magnétique dans une bobine peut multiplier la valeur de l'induction qui serait d'ans l'air par 10 000. Mais cela est vrai uniquement pour des valeurs d'induction faibles. En effet, lorsque l'induction devient trop importante dans un matériau (maximum de 2,2 Teslas pour les meilleurs), un phénomène apparaît qui limite l'accroissement de B, ce qui revient à diminuer mu-r. Ce phénomène est appelé saturation.

b) Seuil de saturation - Rémanence :

On réalise l'expérience suivante :

On dispose d'une bobine parcourue par un courant que l'on fait varier (ce qui revient à faire varier dans le sens croissant puis décroissant le nombre d'Ampères - Tours FMM). Pour les différentes valeurs de (N.I), on mesure l'induction B au centre de la bobine avec et sans noyau magnétique. Le tracé de B en fonction de (N.I) pour les deux cas donne les courbes suivantes :

Dans l'air, B augmente linéairement mais avec une pente très faible, qui dépend de (Mu0). Pour avoir une valeur de B élevée (quelques Teslas), il faudrait une FMM très grande, ce qui n'est pas réalisable en pratique.

Dans le matériau magnétique, trois phénomènes apparaissent :

1 - On atteint une aimantation maximum (saturation du métal) marquée par le point Bs. C'est le seuil de saturation au delà duquel l'aimantation n’y augmente pas plus que dans l'air. En effet, lorsque la FMM est faible, l'augmentation de B est proportionnelle à mu et NI, et lorsque NI est élevé, cette augmentation ne dépend plus de mu-r.
2 - Lorsque l'on augmente la FMM, donc NI, puisqu'on la diminue, la courbe n'est pas la même. C'est un phénomène dit d'hystérésis qui montre que le matériau "garde la trace" de l'aimantation qu'on lui a fait subir.
3 - Lorsqu'on annule NI après l'aimantation, il reste une aimantation résiduelle Br, dite aimantation rémanente qui peut être importante (entre 1 et 1,5T pour les très bons aimants). C'est le phénomène de rémanence.

Remarques: Si on veut annuler l'aimantation rémanente Br, il faut imposer des Ampères - Tours négatifs, ce qui revient à inverser le sens du courant. Un seuil de saturation apparaît également si l'induction est négative. La courbe d'hystérésis dépend essentiellement de la composition chimique du matériau magnétique. Les valeurs de la rémanence et du seuil de saturation n'ont aucun lien, mais il est à noter qu'un matériau magnétique ne peut avoir à la fois un seuil de saturation et une induction rémanente élevée.

Exemples de courbes d'aimantation de différents matériaux :

DOMAINE DE WEISS

Si l’on regarde au microscope un morceau de fer, il sera constitué d’une multitude d’aimants élémentaires disposés dans la même direction et le même sens Chaque domaine est disposé de façon aléatoire et se neutralisent, ne donnant ainsi aucun pôle à l’extérieur du morceau de fer.

Si l’on plonge ce morceau de fer dans un champ magnétique nous nous apercevons que les domaines ont tendance à s’orienter et se regrouper de façon à former une multitude de lignes de forces et ceci tant que la totalité des aimants élémentaires ne ce soient pas orientés dans la même direction et le même sens. Ce phénomène crée bien sûr une aimantation de notre morceau de fer.

De ce phénomène nous pouvons donc dire :

- Si le champ magnétique extérieur augmente, les domaines vont progressivement, avec l’augmentation de Bext, s’orienter dans la même direction et le même sens. Ceci sera vrai jusqu’au moment ou tous les domaines seront orientés de façon identique. Il y aura à ce moment là SATURATION du matériau magnétique.
- B>>>B0 puisque à B0 vient s’ajouter toutes les lignes de forces crées par les aimants élémentaires.

Remarque : Lorsque nous retirons ce morceau de fer de Bext nous nous apercevons que les domaines ne reprennent pas tous leur position d’origine ce qui crée ainsi un faible pôle sud et un faible pôle nord sur notre morceau de fer. On appelle ceci l’aimantation rémanente. Ce procédé nous permet de fabriquer des aimants permanent ou temporaire suivant que l’on utilise de l’acier ou du fer doux. Ces aimants permanents se retrouvent être utilisés dans des machines à courant continu de faible puissance (inducteur).

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