Le cycle d'hystérésis, explications

Le cycle d’hystérésis : les points clés à retenir

Qu’est-ce que le cycle d’hystérésis d’un matériau ferromagnétique ?

Le cycle d’hystérésis est la courbe fermée que décrit l’aimantation d’un matériau ferromagnétique quand on lui applique un champ magnétique croissant puis décroissant : l’aimantation ne suit pas le même chemin à l’aller et au retour, elle accuse un retard, et c’est ce retard que le mot hystérésis désigne (du grec, retard). L’Office québécois de la langue française la définit comme une courbe d’aimantation fermée, établie à partir de variations cycliques du champ magnétique, propre à une substance douée d’hystérésis magnétique. Cette définition normative sert de référence dans le champ technique français, au même titre que le glossaire Techniques de l’Ingénieur.

Le phénomène tire son origine de la structure interne du matériau : un matériau ferromagnétique s’aimante grâce à l’alignement de ses domaines de Weiss sous l’effet d’un champ extérieur, mais cet alignement ne se défait pas instantanément quand le champ diminue. C’est ce décalage entre la cause (le champ appliqué) et l’effet (l’aimantation obtenue) qui trace la boucle.

D’où vient l’hystérésis : le retard de l’aimantation sur le champ magnétique

Dans un matériau non aimanté, les domaines magnétiques pointent dans des directions aléatoires et s’annulent globalement. Quand un champ magnétique s’applique, les domaines orientés dans son sens grossissent aux dépens des autres, jusqu’à un alignement quasi complet. Ce mécanisme n’est pas parfaitement réversible : les parois qui séparent les domaines restent accrochées sur des défauts microscopiques du matériau, et il faut une énergie supplémentaire pour les décrocher. C’est cette friction interne qui produit le retard visible sur le cycle.

Aimantation, densité de flux et champ magnétique : les grandeurs en jeu

Trois grandeurs se lisent sur un cycle d’hystérésis, et les confondre est l’erreur la plus fréquente sur le sujet. Le champ magnétique (noté H, en ampères par mètre) est la cause extérieure, celle qu’on impose avec une bobine ou un autre aimant. L’aimantation (notée M) est la réponse propre du matériau, liée à l’alignement de ses domaines. La densité de flux magnétique, ou induction (notée B, en tesla), combine les deux : elle inclut à la fois le champ appliqué et la contribution du matériau aimanté. C’est B, la densité de flux, qui est représentée sur l’axe vertical d’un cycle d’hystérésis, en fonction de H en abscisse.

Cette distinction a une conséquence pratique directe : une fiche technique d’aimant qui annonce une valeur de champ sans préciser s’il s’agit de H ou de B mesure deux choses différentes. Un fabricant qui communique la densité de flux en surface (B) donne une valeur toujours inférieure à l’induction au cœur du matériau, parce que le flux se referme dans l’air avant d’atteindre un capteur externe. Comparer deux aimants sur cette seule donnée, sans connaître la distance de mesure, conduit à des écarts qui n’ont rien à voir avec la qualité réelle du matériau.

Lire le cycle d’hystérésis point par point, de la saturation au champ coercitif

On lit le cycle d’hystérésis comme un trajet en cinq étapes : le matériau part désaimanté, atteint la saturation quand tous ses domaines sont alignés, conserve une aimantation rémanente lorsque le champ magnétique retombe à zéro, puis ne s’annule qu’une fois qu’on inverse le champ jusqu’à la valeur du champ coercitif, avant de boucler.

De l’aimantation initiale à la saturation

Un matériau ferromagnétique jamais soumis à un champ part d’un état désaimanté : ses domaines s’annulent mutuellement. Dès qu’un champ magnétique croît, la densité de flux augmente le long d’une courbe dite d’aimantation initiale, puis plafonne : c’est la saturation. Au-delà de ce point, appliquer un champ plus fort ne change plus rien à l’aimantation du matériau lui-même.

La rémanence : ce qui reste quand le champ magnétique retombe à zéro

Une fois la saturation atteinte, faire redescendre le champ magnétique à zéro ne ramène pas l’aimantation à zéro. La valeur qui subsiste s’appelle la rémanence, notée Br. C’est cette grandeur qui explique qu’un aimant reste aimanté sans alimentation extérieure : plus elle est élevée, plus le matériau conserve une aimantation forte au repos.

Le champ coercitif : le champ qu’il faut inverser pour désaimanter

Pour annuler cette aimantation rémanente, il ne suffit pas d’attendre : il faut appliquer un champ magnétique de sens opposé. L’intensité nécessaire pour ramener B à zéro s’appelle le champ coercitif, noté Hc. Un champ coercitif élevé signifie qu’il faut un champ inverse important pour désaimanter le matériau, donc qu’il résiste bien aux chocs magnétiques et aux champs parasites rencontrés en usage.

Boucle fermée : pourquoi l’aire du cycle mesure l’énergie perdue

Poursuivre le cycle dans l’autre sens (saturation négative, puis nouvelle inversion) referme la boucle. Le trajet aller ne repasse jamais par le trajet retour : cet écart, intégré sur un cycle complet, correspond à une énergie dissipée sous forme de chaleur à chaque aimantation-désaimantation. Plus l’aire de la boucle est grande, plus cette perte est importante, ce qui devient un critère de choix concret selon l’usage visé.

Matériaux magnétiques doux ou durs : ce que la forme du cycle change

La forme du cycle d’hystérésis classe les matériaux ferromagnétiques en deux familles : les matériaux doux ont un cycle étroit et se désaimantent presque sans résistance, ce qui convient aux noyaux de transformateurs ; les matériaux durs ont un cycle large qui retient l’aimantation, ce qui en fait des aimants permanents.

Cycle étroit : les matériaux ferromagnétiques doux

Un matériau doux présente un champ coercitif faible : il s’aimante et se désaimante facilement au gré du champ appliqué. Le CEA le formule ainsi : « Lorsqu’ils sont sollicités par un champ magnétique même très faible, les matériaux magnétiques doux, caractérisés par un cycle d’hystérésis fin, réagissent. » Cette réactivité, associée à une faible aire de cycle, limite les pertes par hystérésis : c’est pourquoi ces matériaux équipent les noyaux de transformateurs et de moteurs, où le champ s’inverse en continu.

Cycle large : les matériaux durs et les aimants permanents

Un matériau dur a un champ coercitif élevé : une fois aimanté, il résiste à la désaimantation, y compris face à des champs opposés ou à des chocs. C’est la propriété recherchée pour un aimant permanent, qu’il équipe un capteur, un moteur ou un système de levage. La largeur du cycle (Hc) compte alors autant que sa hauteur (Br), un point que le tableau comparatif par matériau ci-dessous illustre directement.

Rémanence et champ coercitif comparés : le tableau B-H par matériau d’aimant

Le tableau ci-dessous compare rémanence (Br) et champ coercitif (Hc) des quatre grandes familles d’aimants : le néodyme cumule une rémanence de 1,0 à 1,5 tesla et une coercitivité de 875 à 2 790 kA/m, l’alnico atteint une rémanence comparable mais s’effondre à moins de 80 kA/m de coercitivité, et c’est précisément cet écart de largeur de cycle qui décide de l’aimant qu’on choisit.

Valeurs par famille de matériaux, selon les tables comparatives des fabricants (source : en.wikipedia.org, pages Neodymium magnet, Alnico et Ferrite, consultées le 6 juillet 2026).

Néodyme : rémanence et coercitivité élevées, le cycle qui domine

Le néodyme cumule une rémanence forte et un champ coercitif élevé, ce qui donne un cycle à la fois haut et large : il conserve une aimantation puissante et résiste bien à la désaimantation. C’est ce double avantage qui explique la domination des aimants néodymes dans la plupart des usages industriels et grand public, du grade N27 jusqu’aux grades hauts de gamme. Un grade N52, par exemple, affiche une rémanence proche de 1,45 tesla, en haut de la fourchette commerciale courante.

Ferrite : le bon rapport rémanence-coercitivité pour son prix

La ferrite dure a une rémanence nettement plus faible que le néodyme, mais un champ coercitif correct pour un coût de production minimal. Ce cycle plus « trapu » suffit dans de nombreux usages où la puissance brute compte moins que le budget : c’est le compromis que retiennent les aimants isotropes bas de gamme, aimantables dans n’importe quelle direction après fabrication.

Alnico : forte rémanence mais faible champ coercitif, il se désaimante

L’alnico affiche une rémanence proche de celle du néodyme, mais un champ coercitif dix à trente fois plus faible. Concrètement, un choc, un montage mal orienté ou la proximité d’un champ magnétique opposé suffisent à réduire son aimantation. C’est la démonstration la plus directe que la largeur du cycle (Hc) compte autant que sa hauteur (Br) : une rémanence élevée ne protège pas de la désaimantation si le champ coercitif est faible.

Les pertes par hystérésis : pourquoi elles comptent dans les transformateurs

Les pertes par hystérésis sont l’énergie dissipée en chaleur à chaque cycle d’aimantation-désaimantation, et elles sont proportionnelles à l’aire du cycle d’hystérésis : c’est pourquoi les noyaux de transformateurs utilisent un matériau ferromagnétique doux, dont le cycle étroit minimise cette perte. Un matériau dur, à l’inverse, dissiperait une énergie bien plus importante à chaque alternance du courant, ce qui exclut son usage dans ce contexte précis malgré sa bonne tenue en aimant permanent.

Cette perte se répète à chaque alternance du courant électrique, donc plusieurs dizaines de fois par seconde sur un réseau standard : même faible à l’échelle d’un seul cycle, elle s’accumule en échauffement continu du noyau. C’est pourquoi le choix du matériau du noyau n’est jamais accessoire dans la conception d’un transformateur ou d’un moteur électrique, à côté d’autres pertes (courants de Foucault notamment) qui obéissent à des logiques différentes mais s’additionnent au même échauffement.

Questions fréquentes sur le cycle d’hystérésis

C’est quoi l’hystérésis, en une définition simple ?

L’hystérésis, en magnétisme, désigne le retard de l’aimantation d’un matériau ferromagnétique sur le champ magnétique qui la provoque : l’aimantation ne redescend pas selon le même chemin qu’à la montée, ce qui trace une courbe fermée appelée cycle d’hystérésis.

Quels sont les points caractéristiques du cycle d’hystérésis ?

Les points caractéristiques sont la saturation (aimantation maximale, tous les domaines alignés), la rémanence Br (aimantation qui subsiste à champ nul) et le champ coercitif Hc (champ inverse nécessaire pour annuler l’aimantation).

Champ coercitif : c’est quoi et comment le lire ?

Le champ coercitif est l’intensité de champ magnétique qu’il faut appliquer en sens inverse pour ramener l’aimantation d’un matériau à zéro. Il se lit sur l’axe horizontal du cycle, au point où la courbe recoupe l’axe après saturation : plus cette valeur est grande, plus le matériau résiste à la désaimantation.

Comment réduire les pertes par hystérésis ?

On réduit les pertes par hystérésis en choisissant un matériau ferromagnétique doux, dont le cycle étroit limite l’aire de la boucle et donc l’énergie dissipée en chaleur à chaque alternance du champ magnétique.

Pour choisir un aimant selon la forme de son cycle, la gamme d’aimants anisotropes de CT-Magnet couvre les besoins de tenue durable ; les grades néodyme et ferrite du catalogue restent comparables sur les mêmes bases Br/Hc que celles présentées ici.