Champ coercitif

Un matériau ferromagnétique magnétisé peut être démagnétisé par différents processus. Par exemple, par des chocs violents sur le matériau ou par la chaleur. Cependant, la démagnétisation se produit également dans un champ magnétique externe opposé. L'intensité du champ opposé nécessaire à la démagnétisation est appelée intensité du champ coercitif.

Vérification expérimentale du champ coercitif

Pour vérifier expérimentalement cette affirmation, il faut d'abord magnétiser un matériau ferromagnétique. Pour cela, on peut tenir un matériau ferreux, par exemple une vis, entre le pôle Nord et le pôle Sud de deux aimants permanents, puis les éloigner doucement de la vis dans les deux sens. La vis est ainsi magnétisée et exerce ensuite une attraction magnétique, par exemple sur des épingles.

La magnétisation de la vis est perdue lorsque celle-ci est fortement chauffée ou fortement secouée (par exemple par de violents coups de marteau). Une autre possibilité de démagnétiser la vis consiste à l'exposer à un champ magnétique de polarisation opposée. Celui-ci doit avoir l'intensité de ce que l'on appelle champ coercitif. Si la vis a été magnétisée en mettant la tête de la vis en contact avec le pôle Nord d'un aimant permanent, la pointe ayant quant à elle été en contact avec le pôle Sud, alors il est possible de démagnétiser la vis en l'exposant à un champ magnétique plus faible et orienté dans le sens opposé. Le contact de la tête de la vis doit être établi avec le pôle Sud d'un aimant permanent et la pointe avec le pôle Nord, c'est-à-dire exactement l'inverse de la magnétisation. Si l'on utilisait pour la démagnétisation des aimants aussi puissants que ceux utilisés pour la magnétisation, la vis serait de nouveau magnétisée, mais avec des pôles inversés.

Comment mesurer l'intensité du champ coercitif ?

L'intensité du champ coercitif (Hc) est une mesure de la résistance d'un matériau magnétique à la démagnétisation. Elle est déterminée par la mesure de la courbe d'hystérésis (voir figure 1). Pour ce faire, le matériau est soumis à un champ magnétique externe, dont l'intensité est augmentée progressivement puis réduite à zéro. L'intensité du champ coercitif correspond à l'intensité du champ magnétique à laquelle la magnétisation du matériau tombe à zéro. Cette valeur peut être lue sur la courbe d'hystérésis comme le point d'intersection de la courbe avec l'axe horizontal, là où la magnétisation est nulle (dans la figure 1, ce point d'intersection est marqué par Hc).

Un dispositif expérimental pour la mesure de la courbe d'hystérésis comprend généralement un échantillon du matériau à analyser, une bobine pour générer le champ magnétique, un magnétomètre pour mesurer la magnétisation de l'échantillon et un dispositif de commande qui modifie le champ magnétique externe. L'échantillon est placé dans la bobine et le dispositif de commande augmente progressivement l'intensité du courant à travers la bobine, change la direction du courant et la réduit à nouveau afin de créer un champ magnétique cyclique. La magnétisation de l'échantillon est mesurée en continu et mise en relation avec le champ magnétique appliqué afin d'établir la courbe d'hystérésis (figure 2).

La figure 2 montre un dispositif expérimental de mesure du champ coercitif. Tout d'abord, une tension U est appliquée augmentant ainsi successivement le courant I dans la bobine. Il en résulte une densité de flux magnétique B qui magnétise le matériau ferromagnétique dans la bobine et provoque un champ magnétique H qui peut être mesuré à l'aide d'un capteur à effet Hall. Lorsque la tension U est ramenée à zéro, plus aucun courant ne circule dans la bobine et la densité de flux externe B est nulle. L'intensité du champ restant mesurée Hc sur le capteur à effet Hall est alors l'intensité du champ coercitive (voir figure 1).

La différence entre les champs coercitifs bH_c et jH_c

Pour que la densité de flux magnétique à l'intérieur du matériau disparaisse complètement, il faut appliquer un champ magnétique externe égal à l'intensité du champ coercitif H_c.

On distingue deux types de champs coercitifs :

• L'intensité du champ coercitif bH_c est le champ coercitif de la densité de flux.
• L'intensité du champ coercitif jH_c, qui est désigné comme le champ coercitif de l'aimantation (ou de la polarisation magnétique).

Ceci sera expliqué plus en détail ci-après :

Lorsqu'un matériau magnétisé (abrégé : aimant) est exposé à une intensité de champ de bH_c, la densité de flux magnétique dans l'aimant disparaît. À l'intérieur de l'aimant, la densité de flux magnétique est alors nulle. Mais c'est uniquement parce que l'aimantation restante est justement compensée par le champ extérieur opposé. Les deux champs s'annulent à l'intérieur. Le matériau lui-même est donc toujours magnétique. On le remarque immédiatement lorsque le champ extérieur opposé est à nouveau désactivé. Des forces magnétiques continuent d'émaner du matériau.

Lorsque l'intensité du champ externe est augmentée à jH_c, c'est-à-dire que le champ opposé est renforcé, l'aimant est démagnétisé de manière permanente.

Dans l'illustration ci-dessus, l'intensité de champ bH_c est indiquée comme H_c. La densité de flux magnétique B à l'intérieur de l'aimant n'est nulle que tant que bH_c est appliqué. L'intensité de champ démagnétisante permanente jH_c n'est pas représentée et elle est supérieure à bH_c. Ce champ coercitif de l'aimantation jH_c ne compense pas seulement le champ magnétique des spins atomiques alignés dans le matériau, mais il entraîne une annulation de la stabilisation de l'orientation des spins par l'interaction d'échange. L'intensité du champ magnétique à l'intérieur de l'aimant pour des champs opposés supérieurs à bH_c n'est pas nulle, mais a une valeur déterminée. Cependant, elle est opposée aux spins atomiques alignés et cherche à les inverser. À jH_c, le champ magnétique peut surmonter l'interaction d'échange et entraîne effectivement une inversion des spins atomiques. Le matériau est ainsi démagnétisé. Avec une augmentation supplémentaire de l'intensité du champ magnétique, les spins atomiques s'orientent à nouveau dans la direction inverse. On peut constater une nouvelle magnétisation, mais avec une polarisation magnétique inversée, c'est-à-dire avec des pôles inversés par rapport à la polarisation initiale de l'aimant.