Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

    

L'aimant : comment ça marche ?

 

 

        Les premiers aimants auraient été découverts par les grecs, dans une province appelée Magnésie. Forcément découverts par un jeune berger traquant ses chèvres dans la montagne, qui s'aperçoit que des cailloux bizarres se collent au bout ferré de son bâton de marche. Ne cherchez pas, c'est un processus naturel de découverte des grands phénomènes mystérieux de la nature. Ca ne m'étonnerait pas qu'un berger à l'esprit ouvert ait fortuitement subodoré l'intérêt des rayons X en voyant se découper le squelette d'une des ses chèvres alors qu'elles passait devant l'entrée d'une mine de Plutonium (comment ça? Pas de mine de Plutonium?...). Mais je mégare.

        Or donc, les aimants, à ce que l'on en sait, possèdent une pôle Nord et un pôle Sud (inséparables l'un de l'autre), et deux pôles identiques se repoussent tandis que deux pôles contraires s'attirent. Cela ressemble un peu à ce qui se passe en électricité, mais avec la séparation impossible des pôles opposés. Cependant, gardez bien à l'esprit qu'il ne s'agit que d'une ressemblance, les deux phénomènes, électrostatique et magnétisme sont des cousins et non pas des frères jumeaux.

        L'interprétation du magnétisme qui suit ne répond pas à toutes les observations, mais en donne au moins une idée de départ: Tout vient des atomes (encore eux). Et surtout de leur cortège d'électrons. Lorsque certaines couches d'électrons "tournent de concert" (c'est là que surviennent de grosses approximations...), un champ magnétique est créé.

 

Champ de labour ou champ magnétique?

  Ci-dessus, une prairie... On peut s'y déplacer sans contrainte dans les deux directions du plan.    Ici, un Champ labouré. Les sillons ne facilitent pas les déplacement selon l'axe horizontal. L'espace possède alors une nouvelle propriété d'orientation, c'est la notion de Champ...

           

   Voici donc un atome, et le champ magnétique qu'il crée. On le représentera par cette petite flèche: la pointe sera appelée Nord et la base Sud.

Le champ magnétique d'un atome

            Mais les atomes ayant l'instinct grégaire, s'assemblent pour former des matériaux. En voici quelques-uns:

   Celui-ci  a ses atomes disposés n'importe comment. C'est le cas de la plupart de ceux qui nous entourent. Les atomes ne donnent naissance à aucun champ magnétique global. de la matière non aimantée
   Là, par contre, ils ont tous le bon goût d'être orientés de la même façon. Ils contribuent alors au comportement aimanté du matériau. Structure atomique d'un aimant
  Ce qui donne le traditionnel aimant droit, vu depuis notre échelle humaine. Un aimant, à notre échelle

            Il est facile de faire une cartographie d'un champ magnétique. L'instrument dédié est une boussole, qui n'est rien d'autre qu'un tout petit aimant, qui s'orientera selon le Champ magnétique ambiant.

   Tous les côtés rouges sont des pôles Nord. Chaque boussole se dispose en suivant le précepte que des pôles identiques se repoussent et que des pôles opposés s'attirent.  Détecter le champ magnétique d'un aimant
   Si l'on manque de boussoles, on peut saupoudrer de la limaille de fer sur une feuille posée sur l'aimant. Chaque petit grain de fer va alors se comporter comme une minuscule aiguille aimantée. Ils se structurent alors en suivant les lignes du champ magnétique, les sillons de notre champ de labour... "Spectre" magnétique d'un aimant © Rob in Space
  Ce qui nous rappelle que notre planète aussi possède son propre champ magnétique, tout à fait comparable à celui que donnerait un gros barreau aimanté placé en son centre.  Ah, vous avez remarqué? Non, non, il n'y a pas d'erreur, près du pôle géographique Nord de la Terre, il y a effectivement un pôle magnétique Sud! C'est bien ce qu'indique notre aiguille de boussole non?... Champ magnétique terrestre © Rob in Space
    C'est l'occasion de se souvenir de cette invention chinoise. Cette cuillère de magnétite est une représentation symbolique de la constellation de la Grande Ourse. Elle ne servait qu'à des opérations de divination, la pointe indiquait le sud... Hum, prévisions du futur un peu... orientées?... Boussole de divination chinoise

                Ceci dit, si vous vous rappelez bien, le champ magnétique était expliqué comme une circulation d'électrons autour d'un noyau d'atome. Mais si maintenant on fait circuler ce courant d'électrons (courant électrique) dans un fil de cuivre bobiné autour d'un clou, qu'est-ce que cela donne?

   Voilà le clou en question, sur une feuille saupoudrée de limaille de fer...    Et oui, nous voici capables de créer un champ magnétique à partir d'un courant, nous avons un "aimant électrique": tiens, soyons fous, appelons le "Electro-aimant"!     Grâce à cette découverte majeure, nous voici en mesure d'inventer la sonnette électrique, le haut-parleur, le microphone, le sismomètre, sans compter le moyen de confiner la matière dans les prochaines générations de réacteurs à fusion nucléaire... Epatant non? Un électro-aimant © Rob in Space

                Pour finir, un petit coup d'oeil, pour le plaisir, sur le champ magnétique solaire:

      Le champ magnétique solaire est globalement bipolaire, comme le champ terrestre. Néanmoins, en période de maximum d'activité (ce qui lui arrive tous les 11 ans, le dernier était en 2000), il devient plus tortueux. Voici par exemple une boucle de champ magnétique, prise par le satellite TRACE en UV lointains. La matière solaire, chargée, suit les lignes de champ, et matérialise sa présence, comme la limaille des essais vus précédemment. Certaines de ces lignes sont ouvertes jusque loin dans le système solaire. Ainsi, la Terre peut être balayée par les particules électrisées émises par le Soleil, ce qui donne naissance aux aurores polaires. Soleil en UV © TRACE