Par Doug Leenhouts | Mis à jour le 30 août 2022
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Le magnétisme est un phénomène courant mais fascinant qui imprègne les objets du quotidien, depuis les équipements de laboratoire jusqu'aux boussoles extérieures et aux aimants de réfrigérateur. Même si de nombreuses personnes tiennent les aimants pour acquis, la physique sous-jacente implique des interactions subtiles au niveau atomique.
Chaque matériau solide contient d’innombrables domaines magnétiques, de minuscules régions où les moments magnétiques atomiques, ou dipôles, pointent dans la même direction. Lorsque les dipôles d’un domaine s’alignent, le domaine lui-même devient un petit aimant. Dans certains matériaux, comme le fer, ces dipôles s'alignent facilement, tandis que dans d'autres, l'alignement est limité à l'intérieur d'un domaine mais pas à l'ensemble de l'échantillon. Les chercheurs peuvent visualiser ces domaines grâce à la microscopie à force magnétique.
Lorsqu’un matériau est exposé à un champ magnétique externe puissant, les domaines ont tendance à s’aligner sur ce champ, magnétisant ainsi le matériau. Il est important de noter qu'un alignement complet dans tous les domaines n'est pas nécessaire pour qu'un matériau présente un magnétisme mesurable.
Faire passer un courant électrique à travers un conducteur génère son propre champ magnétique. Deux fils parallèles transportant un courant dans le même sens s’attirent, tandis que des courants opposés se repoussent. Ce principe est à la base des électro-aimants, dans lesquels une bobine de fil produit un champ magnétique contrôlable. À l'échelle planétaire, le champ magnétique terrestre provient des courants électriques circulant dans son noyau externe en fusion, un processus encore étudié par les scientifiques de la NASA.
Les métaux ferromagnétiques (fer, cobalt et nickel) possèdent des électrons non appariés dont les spins peuvent s'aligner parallèlement les uns aux autres lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique suffisamment puissant. Cet alignement coopératif produit un moment magnétique prononcé, faisant de ces métaux d'excellents noyaux pour les électroaimants et les enroulements de transformateurs. Le champ externe du courant amplifie le magnétisme intrinsèque du matériau, créant un champ magnétique puissant et localisé.
Chaque matériau magnétique possède une température de Curie caractéristique. En dessous de ce seuil, le matériau conserve l'ordre magnétique; au-dessus, l'agitation thermique perturbe l'alignement des domaines magnétiques et le matériau devient paramagnétique. Plus la température de Curie d’un matériau est élevée, plus il faut d’énergie pour randomiser ses domaines. Lorsqu'un matériau refroidi en dessous de sa température de Curie est placé dans un champ magnétique, il peut être à nouveau magnétisé.