Le phénomène du magnétisme est connu depuis l’Antiquité, les Grecs, les Romains et les chinois avaient remarqués que l’oxyde de fer magnétique, la magnétite, avait la faculté d’attirer les objets contenant du fer. Ils avaient également constatés qu’un morceau de fer mis en contact avec la magnétite acquérait la même propriété. Au XIe siècle, les Arabes appliquèrent le magnétisme à la navigation en inventant la boussole.

Le magnétisme et les matériaux magnétiques suscitent un intérêt de plus en plus soutenu aussi bien pour le physicien que pour l’ingénieur. Des résultats concrets sont aujourd’hui obtenus grâce à une avancée remarquable, couronnée par des réalisations innombrables enregistrées dans le domaine des matériaux magnétiques. Les recherches et les conceptions modernes entamées avant, ont considérablement contribué à l’avancement de la technique des équipements électriques.

Certains matériaux magnétiques doux, tels les alliages fer-silicium à grains orientés, constituant les circuits magnétiques des transformateurs, ont pu réduire leurs pertes, ce qui a permis d’obtenir d’excellents rendements et de meilleurs fonctionnements.

La grande variété de matériaux dont disposent maintenant l’ingénieur et le constructeur électriciens exige des connaissances approfondies. Sur le plan pratique, l’ingénieur est intéressé par des grandeurs macroscopiques telles l’induction B ou la perméabilité µ. Or, la structure d’une substance magnétique, est décrite et mesurée par des grandeurs microscopiques comme les dimensions d’une maille ou le moment atomique.

Les matériaux magnétiques sont actuellement au cœur du développement scientifique et de la technologie moderne. Leur utilisation est étendue a travers les champs d’applications les plus innovateurs à savoir, l’énergie électrique, l’informatique, la télécommunication, …, [1, 2, 3, 4]. Cela revient aux propriétés magnétiques très variées que possèdent ces matériaux, propriétés qui se manifestent à différentes échelles telles que l’échelle atomique, microscopique, mésoscopique et macroscopique, ce qui les rend un vaste domaine de recherche que ce soit pour les physiciens ou pour les technologues.

L’étude des propriétés et comportements des matériaux magnétiques est toujours d’actualité à travers le monde offrant toujours de nouvelles perspectives. Cette étude a commencé durant les moyens âges, [1, 6]. A la fin du 16ème siècle le médecin anglais William Gilbert (1544-1603) réalisait une étude expérimentale du champ magnétique d’une sphère aimantée que l’amenait a assimilés la terre elle-même à un grand aimant sphérique. Les travaux de recherche basés sur les méthodes scientifiques modernes dataient de la deuxième moitié du 18ème siècle ou la théorie des moments magnétiques et de l’aimantation était introduite; B=µ0 (H+M) (Ⅰ.1)

Matériaux magnétiques

Définition

Soumises à une induction magnétique, certaines substances se mettent à produire elles mêmes, dans le volume qu’elles occupent et à l’extérieur, une induction magnétique. On dit qu’elles s’aimantent ou se polarisent magnétiquement. Cette propriété se manifeste très visiblement dans certains matériaux appelés matériaux magnétiques .

Origine du magnétisme 

Les propriétés magnétiques d’un matériau sont attribuables au spin des électrons et à leur mouvement orbital autour du noyau . Les électrons qui tournent sur eux même (spin) et autour du noyau (orbital) forment de petits dipôles magnétiques qui peuvent être simulés par des moments magnétiques engendrés par des boucles élémentaires de courant .

Classes des matériaux magnétiques 

Selon la susceptibilité magnétique, les matériaux magnétiques peuvent être classés en matériaux; Diamagnétiques, paramagnétiques, Antiferromagnétiques, Ferromagnétiques et Ferrimagnétiques .

Matériaux diamagnétiques

Dans ce type de matériaux, deux électrons de spins opposés occupent le même niveau d’énergie (principe d’exclusion de Pauli). L’application d’un champ magnétique extérieur produit un couple agissant sur le mouvement orbital des électrons. Ce changement du mouvement orbital provoque un moment magnétique de direction opposée au champ extérieur en vertu de la loi de Lenz.

Ce type de matériaux est caractérisé par une susceptibilité χ négative, de faible amplitude et indépendante de la température et de l’intensité du champ magnétique excitateur. Sur le plan technologique les matériaux diamagnétique ne présente aucun intérêt .

Matériaux paramagnétiques 

Ces matériaux sont caractérisés par une susceptibilité relative positive, de faible amplitude (10⁻⁶ à 10 ⁻²). On les rencontre dans les substances dont les atomes possèdent un moment magnétique permanent. Lorsque ces moments sont indépendants les uns des autres.

Sous l’action d’un champ magnétique ces moments tendent à s’aligner selon la direction du champ appliqué H, ce qui fait augmenter l’aimantation du matériau .

Matériaux antiferromagnétiques

Comme les matériaux paramagnétiques, ces matériaux présentent une susceptibilité positive faible et leurs atomes portent des moments magnétiques permanents, toutefois ces moments magnétiques ne sont plus indépendants les uns des autres mais au contraire fortement liés. De l’interaction, qui porte le nom de couplage antiferromagnétique résulte un arrangement antiparallèle des moments .