Explication du champ coercitif

Les matériaux ferromagnétiques sont des matériaux qui disposent de la capacité de devenir des aimants permanents. Placés dans un champ magnétique, ils peuvent s'aimanter puis garder une partie du magnétisme lorsqu'ils sont retirés de ce champ. Le fait qu'ils soient constitués de nickel, de fer et de cobalt leur donne une grande capacité d'aimantation. Les matériaux ferromagnétiques sont plus utilisés à cause de leur propriété magnétique : forte aimantation et la capacité de rester aimanté grâce au phénomène d'hystérésis magnétique. Découvrez dans la suite de cet article tout ce que vous devez savoir sur le sujet.

Quelle est la définition du champ coercitif ?

Pour pouvoir annuler l'aimantation d'un matériau ferromagnétique qui a atteint son aimantation à saturation, il faut appliquer à celui-ci une intensité nécessaire de champ magnétique. Cette intensité désigne le champ coercitif. Il est généralement noté Bc ou Hc. Lorsqu'un matériau a un champ coercitif élevé, il peut être qualifié de dur. Il est alors utilisé dans la fabrication d'aimants permanents à l'intérieur des moteurs électriques ou des disques durs, disquettes, bandes magnétiques, etc. (les enregistrements magnétiques).

Par contre, un matériau utilisé dans le blindage magnétique, dans des têtes d'enregistrement ou dans des transformateurs est un matériau ferromagnétique qui a un faible champ coercitif. Il est qualifié de matériau doux.

Le cycle d’hystérésis

 Le cycle d'hystérésis est une courbe qui représente le champ du noyau ferromagnétique en fonction du champ appliqué par une bobine. Ce dernier n'est pas seulement observé sur des matériaux ferromagnétiques, il existe d'autres matériaux qui présentent ces mêmes caractéristiques. Cette courbe n'est qu'une forme possible du phénomène d'hystérésis. L'aire présente sur la courbe correspond à une énergie dissipée. Soit C une grandeur qui produit une autre grandeur E. Si la courbe E = f(C) obtenue lorsque C croît ne se superpose pas avec la courbe E= f(C) obtenue lorsque C décroît, il y a alors le phénomène d'hystérésis.

Quel est le lien entre le champ coercitif et le cycle d’hystérésis ?

Pendant le cours d'un cycle d'hystérésis, il est constaté que le champ coercitif est lié au début de la production du renversement de l'aimantation. Lors de ce phénomène, plusieurs mécanismes peuvent avoir lieu selon la nature du matériau. Le renversement par rotation cohérente et le renversement par propagation de parois sont les plus fréquents.

Lors du renversement par rotation, l'aimantation du matériau tourne progressivement tandis que pendant le renversement par propagation, des domaines d'aimantation opposée se créent à l'intérieur du matériau.

Quelle est la valeur du champ coercitif ?

La valeur du champ coercitif peut être calculée par la mesure du cycle d'hystérésis à l'aide d'un magnétomètre par exemple. Cela peut être un magnétomètre à gradient de champ ou un magnétomètre à échantillon vibrant. La valeur est déterminée par la moitié de la largeur de la courbe d'hystérésis. Lorsqu'il n'y a pas de matériau antiferromagnétique dans l'échantillon, la valeur est mesurée au point où la courbe traverse l'axe des champs. Dans le cas, où un matériau antiferromagnétique est présent, l'effet du couplage d'échange peut induire un décalage du cycle d'hystérésis sur l'axe des champs, ce qui modifie la procédure de mesure de la valeur. Ci-dessous quelques valeurs de champs coercitifs.

La valeur numérique trouvée lors de la mesure du champ coercitif est en fonction de l'échelle de temps sur laquelle est mesurée la courbe d'hystérésis. L'aimantation d'un matériau soumis à un champ inférieur au champ coercitif et qui est contraire en signe, s'annule peu à peu sur une grande échelle de temps. Par contre, le champ coercitif augmente lorsque l'aimantation est soumise à une grande fréquence de mesure.

Comment déterminer l’intensité de ce champ magnétique ?

L'intensité de champ coercitif est indiquée en A, cm ou en kA, m. C'est l'intensité de champ Hc qui provoque l'annulation de la magnétisation d'un matériau ferromagnétique qui a été magnétisé jusqu'à saturation. L'intensité du champ magnétique comprend à la longueur moyenne de la ligne de champ. Cette longueur correspond à la longueur de la bobine (pour une bobine sans noyau en fer doux) et à la distance entre les pattes (pour un noyau en fer doux en forme de U). Une autre est relative à la longueur du noyau (pour un noyau en fer doux) et à la fibre neutre du noyau (pour un noyau fermé en fer doux).

L'intensité du champ magnétique est élevée lorsque la longueur moyenne de la ligne de champ est courte. Plus cette longueur devient courte, plus l'intensité est élevée. L'intensité est calculée à partir du quotient de l'excitation totale et de la longueur moyenne de la ligne de champ. Cette dernière représente une mesure de la façon dont le courant amplifie les lignes de champ d'un aimant donné. Il existe une distinction entre les intensités de champ coercitif JHC et BHC. Cette distinction est importante pour les aimants qui ont une grande intensité de champ coercitif et une petite rémanence.

À partir de quand un champ coercitif est considéré comme élevé ? Qu’est-ce que cela signifie ?

La susceptibilité magnétique représente l'intensité de la réponse du matériau à une excitation magnétique. Un matériau qui présente une susceptibilité magnétique élevée a tendance à concentrer en son sein des lignes de champ magnétique. Un matériau avec un champ coercitif élevé, est qualifié de dur. Il pourra alors être utilisé dans la fabrication d'aimants permanents à l'intérieur des moteurs électriques ou dans les enregistrements magnétiques.

Il existe différents types d'aimantation au sein des matériaux ferromagnétiques. Et cela, grâce aux mouvements des électrons qui peuvent être modifiés par les champs magnétiques qui les entourent. Lors de l'aimantation d'un matériau, se produit le phénomène de l'hystérésis magnétique. Le chemin de l'aimantation change alors, selon que le champ augmente ou diminue, lorsqu'un élément ferromagnétique est soumis à un champ magnétique. Le phénomène d'hystérésis peut avoir des différents avantages comme dans la régulation de température par thermostat. L'hystérésis y est utilisée afin de permettre que la consigne d'allumage ou d'arrêt soit différente à chaque fois. Le phénomène d'hystérésis est également utilisé dans les cycles d'aimantation et de désaimantation.

Vous savez à présent ce que représentent un cycle d’hystérésis et les substances ou matériaux ferromagnétiques. Gardez à l'esprit qu'en science des matériaux, le champ coercitif est déterminé par la demi-largeur de la courbe d'hystérésis. Il y a encore d'autres notions à connaître pour comprendre le champ coercitif comme : la direction de l'aimantation, la densité, le flux magnétique, etc.