En modifiant l’alignement des domaines magnétiques internes d’un aimant, la température influe sur son magnétisme. Celui-ci augmente à basse température et diminue à haute température. Sous l’effet de la chaleur, l’agitation accrue des atomes affaiblit le champ magnétique et désaligne les domaines magnétiques.
À l’inverse, le refroidissement d’un aimant peut renforcer son magnétisme en stabilisant l’alignement de ces domaines. La section consacrée à l’effet de la température sur les aimants présente la définition de la température de Curie, la manière dont la chaleur peut modifier le magnétisme et ce qui se produit aux températures les plus basses.
Qu’est-ce que la température de Curie ?
La température de Curie (Tc) est la température à laquelle une substance magnétique perd toutes ses propriétés magnétiques.
La température de Curie caractérise la relation entre le magnétisme et la température en définissant la température maximale à laquelle l’alignement des moments magnétiques peut être perturbé. Cette température doit son nom au physicien Pierre Curie.
Par exemple :,
- Environ 310 °C pour un aimant en néodyme.
- Environ 450 °C pour un aimant frit.
- Environ 750 °C pour un aimant en samarium-cobalt.
- Environ 880 °C pour les aimants Alnico.
Lorsqu’un aimant atteint son point de Curie, il perd ses propriétés et le refroidissement ne lui permet pas de retrouver son magnétisme.
Quel est l’effet du froid sur les aimants ?
En général, les basses températures renforcent le magnétisme, car elles ralentissent le mouvement des atomes, ce qui contribue à rétablir leur alignement. Toutefois, à des températures extrêmes, les aimants peuvent devenir cassants, notamment lorsqu’ils sont constitués de matériaux tels que le néodyme.
Dans les laboratoires, les aimants supraconducteurs sont souvent maintenus à des températures cryogéniques. En réalité, la plupart des aimants sont légèrement plus puissants et plus stables à basse température ; la force magnétique diminue progressivement si la température descend en dessous de 125 °C.
Lorsque la température descend à 196 °C, le magnétisme augmente de 85 à 90 %.
Quel est l’effet de la chaleur sur les aimants ?
Les domaines magnétiques, qui sont de petites zones composées d’atomes liés, se désalignent lorsque la température augmente sous l’effet de l’énergie thermique. La puissance magnétique diminue alors progressivement. Les aimants ne peuvent pratiquement pas perdre leurs propriétés magnétiques si la température augmente excessivement.
Le processus ressemble un peu à la fonte de la glace sous l’effet de la chaleur. Une fois un certain seuil atteint, il est difficile d’inverser le changement. La chaleur accélère le mouvement des molécules de la cire et augmente leur énergie cinétique, ce qui les amène à s’organiser de manière plus régulière.
Lorsque la température augmente, ces molécules commencent à se désaligner jusqu’à ce que leurs extrémités portent des charges opposées et ne se fassent plus face dans une structure en cage. Un aimant peut retrouver son fonctionnement initial après refroidissement si la chaleur à laquelle il a été exposé reste inférieure à sa température maximale de fonctionnement.
Les matériaux magnétiques réagissent différemment à la température
Les différents aimants présentent des comportements variables selon la température et la pression. Leur réaction dépend de la structure cristalline interne et de la composition des substances. Nous examinons la réponse des matériaux magnétiques les plus couramment utilisés aux variations de température.
Alnico
De nombreux équipements grand public et industriels reposent sur des aimants permanents AlNiCo. Les aimants AlNiCo sont notamment utilisés dans les aimants pour bovins, les tubes à ondes progressives, les moteurs électriques, les micros de guitare électrique, les microphones, les capteurs et les haut-parleurs.
Cependant, les aimants aux terres rares sont aujourd’hui utilisés dans de nombreux objets, car ils peuvent produire un BHmax élevé et une forte rémanence (Br), ce qui permet de miniaturiser les objets.
SmCo
Les aimants en samarium-cobalt sont réputés pour leur stabilité thermique exceptionnelle. Même à des températures pouvant atteindre 350 °C, ils ne s’affaiblissent pas de manière significative.
NdFeB
Les aimants en néodyme sont les aimants permanents les plus puissants du marché. Bien qu’ils soient les plus sensibles à la température. Les types avancés (tels que N42SH or N52VH) can operate up to 230°C, but grades lose power above 80°C.
Ils ne conviennent pas aux températures extrêmement élevées, car ils subissent une désaimantation irréversible au-delà de leurs limites.
Ferrite
Les aimants en ferrite sont économiques et couramment utilisés. Ils sont constitués d’oxyde de fer et de baryum ou de strontium. Leur aimantation diminue légèrement à des températures inférieures à 0 °C.
Ils fonctionnent néanmoins correctement jusqu’à 250 °C. Leur compromis entre coût et fiabilité en fait un choix privilégié pour des applications telles que les haut-parleurs et les magnets de réfrigérateur.
Perte d’environ 0.11% par °C (réversible en dessous de la température maximale de fonctionnement)
Lorsque la température de fonctionnement reste inférieure à la valeur maximale, les aimants perdent généralement environ 0.11% de leurs performances magnétiques par degré Celsius. Cette perte est heureusement réversible : l’aimant retrouve ses performances initiales en refroidissant.
Toutefois, si la température dépasse la plage nominale, une partie de la perte devient irréversible. Il est essentiel de choisir une nuance d’aimant adaptée à l’application afin d’éviter toute désaimantation irréversible.
Température nominale selon la nuance (par ex. VH/AH jusqu’à environ 230 °C)
Chaque aimant possède une température nominale spécifique, qui dépend de sa nuance et de la composition du matériau. Les aimants en néodyme (NdFeB), par exemple, sont proposés dans des nuances telles que N95, N42 et N35.
Selon la nuance, la température maximale de fonctionnement se situe généralement entre 80 °C et 230 °C pour les types spéciaux destinés aux températures élevées, tels que VH (très élevée) et AH (encore plus élevée). Le dépassement de ces limites peut entraîner une perte irréversible de l’aimantation.
Que se passe-t-il lorsque les aimants sont exposés à des températures élevées ?
Lorsque des aimants sont exposés à des températures élevées, deux effets sont possibles.
Perte réversible :
Tant que la température reste inférieure à la température maximale de fonctionnement, la perte d’aimantation est réversible. Le matériau est donc moins magnétique lorsqu’il est chauffé. Sous l’effet de l’agitation thermique provoquée par l’élévation de température, les domaines magnétiques perdent une partie de leur alignement.
Après refroidissement, un aimant peut retrouver sa force si la température de la plaque reste inférieure à un certain seuil, appelé température de Curie ou point de Curie.
Un aimant peut s’affaiblir temporairement lorsqu’il est exposé à une chaleur modérée. Ce phénomène est appelé altération réversible.
Perte irréversible (ou perte permanente)
Lorsqu’un aimant est exposé à une température supérieure à sa température maximale de fonctionnement, mais inférieure à sa température de Curie, il subit une perte irréversible de magnétisme.
Cela signifie que :
● Ses performances seront moindres à froid.
À partir de quelle température fait-il trop chaud pour les aimants en néodyme ?
Les aimants en néodyme (NDFEB) sont les aimants permanents les plus puissants du marché. Ils sont donc également sensibles à la température. Les nuances standard telles que N35 ou N52 commencent généralement à perdre leur magnétisme à 80 °C (176 °F).
Lorsque la température dépasse cette limite, les performances de l’aimant se dégradent rapidement et peuvent ne pas se rétablir complètement après refroidissement.
Un aimant subit une modification permanente lorsqu’il atteint sa température de Curie. Il perd alors toutes ses propriétés magnétiques, à une température qui dépend de la composition du matériau. Pour les aimants en néodyme, ce point se situe généralement entre 310 °C et 400 °C (590 °F et 752 °F).
La température maximale de fonctionnement dépend de la forme de l’aimant (coefficient de perméance).
La forme et la conception d’un aimant influent sur la chaleur qu’il peut supporter. Le terme “ coefficient de perméance ” (Pc) désigne ce facteur.
Son champ magnétique est plus stable, ce qui correspond à un aimant présentant un coefficient de permanence plus élevé. Par exemple, un cylindre plus épais conserve mieux son aimantation lorsqu’il est chauffé.
En revanche, à des températures plus élevées, les aimants plus minces ou de plus petites dimensions, dont les valeurs de PCO sont plus faibles, sont davantage susceptibles de se démagnétiser.
Grades haute température (par exemple, N42SH, N35AH)
Des grades spéciaux d’aimants en néodyme haute température ont été développés pour résoudre les problèmes de sensibilité à la chaleur.
Même dans des conditions sévères, ces grades peuvent conserver leurs fortes propriétés magnétiques grâce à l’utilisation d’alliages et de mortiers modifiés :
- La température de fonctionnement du N42SH est de 150 °C (902 °F).
- Des températures allant jusqu’à 200 °C (392 °F) peuvent être supportées par le N35EH.
- 230 °C peut supporter des températures allant jusqu’à 35AH (446 °F).
Bien que ces grades haute température puissent offrir une puissance magnétique inférieure à celle des grades standard, ils sont parfaitement adaptés aux applications exigeantes telles que les moteurs électriques et les capteurs automobiles, car ils conservent leur aimantation lorsqu’ils sont chauffés.
Il est possible de rétablir l’aimantation à son niveau initial, mais cette opération n’est pas économique. Une perte irréversible ne se produit qu’une seule fois.
Conclusion
La température affecte fortement les aimants. Au-dessus du point de Curie, les aimants permanents, tels que ceux en fer ou en néodyme, perdent toute leur force magnétique. L’intensité de leur champ augmente lorsque la température diminue.
En raison de la diminution de leur puissance électrique, les électroaimants finissent par perdre de leur force à mesure qu’ils surchauffent. Le refroidissement permet donc aux électroaimants supraconducteurs d’atteindre des
champs très intenses.
La température doit être gérée avec soin. L’aimantation est préservée en tenant l’aimant permanent à l’écart des chaleurs extrêmes. Le refroidissement des électroaimants permet de générer de puissants champs magnétiques.
L’exploitation de la chaleur et des limites peut ouvrir la voie à de nouvelles applications magnétiques dans les domaines des sciences, de l’ingénierie et de la médecine.
Questions fréquentes
Comment la température affecte-t-elle les aimants au samarium-cobalt ?
Les aimants en samarium-cobalt (SmCo) peuvent fonctionner efficacement à des températures allant jusqu’à 300 °C (572 °F) grâce à leur résistance thermique exceptionnelle. Leur température de Curie élevée leur permet de conserver leurs propriétés magnétiques même dans des conditions sévères.
Toutefois, une surchauffe peut entraîner une perte irréversible de leur aimantation. Les aimants SmCo conviennent parfaitement aux applications à haute température et aérospatiales, car ils restent stables à des températures extrêmement basses.
Comment la température affecte-t-elle les aimants au samarium-cobalt ?
Lorsque les aimants en néodyme sont chauffés au-delà de 80 °C (176 °F), leurs performances magnétiques diminuent rapidement. La dilatation à température élevée peut entraîner une désaimantation irréversible.
Cependant, comme leurs domaines magnétiques s’alignent davantage à basse température, leur intensité magnétique augmente.
Est-il vrai que la chaleur désaimante un aimant ?
En effet, un aimant perd tout son magnétisme lorsque sa température dépasse son point de Curie, car ses domaines magnétiques se désalignent.
Comment le noyau chaud de la Terre peut-il être aimanté ?
Le champ magnétique terrestre n’est pas généré par un aimant permanent, mais par l’effet géodynamo au sein du fer et du nickel en fusion du noyau externe.
Bien que le noyau soit trop chaud pour conserver une aimantation permanente, le mouvement de ces matériaux conducteurs produit un courant électrique qui génère à son tour un puissant champ magnétique.
Ben — Osenc
Ben possède plus de 10 ans d’expérience dans le secteur des aimants permanents et travaille avec Osenc depuis 2019. Il se consacre aux aimants NdFeB sur mesure, aux accessoires magnétiques et aux assemblages magnétiques.
Il aide les clients à préciser leurs exigences relatives aux matériaux, aux revêtements, à l’aimantation, aux essais et à la production, afin de réduire les incompréhensions et les itérations d’échantillons inutiles.
