Comment fonctionnent les aimants ? (explications, principes)

Depuis l’antiquité, l’homme a connu l’action attractive et mystérieuse de la roche de magnétite pour les objets métalliques contenant du fer. Cette force est restée pour longtemps une énigme avant d’expliquer son origine. La découverte de la boussole et de l’existence d’une relation entre le champ magnétique et électrique a permis d’aborder ce problème et d’expliquer comment un aimant fonctionne.

Définition d’un aimant

La magnétite est un matériau ferromagnétique, susceptible d’attirer vers lui tout corps contenant du Fer, du Nickel ou du Cobalt, c’est un aimant naturel. Son action attractive est due à la présence d’un champ magnétique, existant tout autour de son corps. De ce fait, un aimant est caractérisé par un pôle Nord et un pôle Sud. L’expérience montre que lorsque deux aimants se présentent du côté de la même polarité, ils se repoussent, alors que lorsque les polarités sont différentes, ils s’attirent.

Comment obtenir un aimant ?

Pour fabriquer un aimant, nous devons utiliser un matériau ferromagnétique en présence d'un champ magnétique extérieur puissant. En l’absence de champ magnétique, les atomes des matériaux magnétiques durs sont disposés sous forme de très petites unités ou domaines (ensemble d'atomes). Ils sont normalement orientés dans toutes les directions et leur action magnétique globale sur le matériau a une moyenne nulle. Lorsque les domaines sont placés dans un champ magnétique externe puissant, les domaines s’ordonnent et s’orientent progressivement suivant la direction du champ imposé. Leurs effets magnétiques respectifs s’ajoutent, le matériau devient un aimant. Plusieurs types d’aimants peuvent être ainsi obtenus : - Un aimant permanent : ses propriétés magnétiques sont importantes et restent invariables pour de longues durées même après la disparition du champ extérieur. Il peut être fabriqué à partir de plusieurs types d’alliages comme l’Alnico (composé de Fer, Nickel, Cobalt, Aluminium) ou les Ferrites (Oxyde de Fer, Nickel, Cobalt) qui donnent des aimants assez puissants. - Un aimant temporaire : il perd ses propriétés magnétiques totalement ou progressivement dès la disparition du champ extérieur ; c’est le cas du fer doux et de certains alliages de fer. - Un électroaimant : c’est un aimant très puissant obtenu à l’aide d’un noyau métallique placé dans une bobine parcourue par un courant électrique important. L’effet électromagnétique est aussitôt annulé par interruption du courant qui lui a donné naissance.

Domaines d’application des aimants

Les domaines d’application sont nombreux, par exemple : - Informatique : support de stockage de données, mémoires d’ordinateur. - Electricité : moteurs électriques, haut-parleurs, microphones. - Médecine : techniques de scan comme l’IRM. - Industrie ferroviaire : train à lévitation magnétique (train maglev) ayant une suspension électromagnétique à l’aide d’aimants placés sur les rails. - Magnétothérapie : traitement des douleurs par des champs magnétiques dynamiques, ayant des fréquences spécifiques.