Aimant au néodyme

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Aimants au néodyme sous forme de cubes.

Un aimant au néodyme (aimant NdFeB) est un aimant permanent composé d'un alliage de néodyme, de fer et de bore (Nd2Fe14B) permettant de former un système cristallin tétragonal[1].

Développé en 1982 par General Motors et Sumitomo Special Metals, les aimants au néodyme sont les aimants permanents les plus puissants disponibles sur le marché[1],[2] ainsi que les aimants aux terres rares les plus utilisés[3]. Ils ont remplacé d'autres types d'aimants dans des produits nécessitant des aimants permanents à forte coercitivité, tels les outils sans fil (en), les disques durs et les fermoirs magnétiques.

Description[modifier | modifier le code]

À gauche : image par microscopie électronique en transmission de haute-résolution du cristal de Nd2Fe14B.
À droite : structure cristalline.

La structure cristalline tétragonale du Nd2Fe14B possède une grande anisotropie magnétique (HA~7 teslas (T))[4]. Cela lui donne un fort champ coercitif ainsi qu'une haute saturation (en) (Js ~1,6 T). En conséquence, le matériau peut emmagasiner une grande quantité d'énergie magnétique (BHmax ~ 512 kJ/m3), beaucoup plus grande que les alliages tels ceux de samarium-cobalt (SmCo), premiers aimants permanents aux terres rares commercialisés.

En pratique, les propriétés des aimants au néodyme dépendent fortement de la composition précise de l'alliage, de la microstructure et des techniques de construction employés.

Histoire[modifier | modifier le code]

En 1982, à la suite de recherches motivées par les coûts importants des aimants permanents au samarium-cobalt, General Motors (GM) et Sumitomo Special Metals découvrent le composé Nd2Fe14B. GM travaillait sur le développement d'aimants trempés sur roue et basés sur des nanocristaux de Nd2Fe14B, alors que Sumitomo travaillait avec le même matériau, mais par un procédé de frittage.

GM a commercialisé ses inventions, menant à la fondation de Magnequench en 1986 (après une série d'évolutions, l'entreprise est devenue une composante de Molycorp (en)). La compagnie fournissait de la poudre de Nd2Fe14B à des manufacturiers.

Sumitomo a enregistré environ 600 brevets sur les aimants au néodyme[5]. Les installations de l'entreprise sont devenues une partie de la Hitachi Corporation et ont produit, et autorisé d'autres compagnies à produire, des aimants au néodyme.

Le marché est dominé par des manufacturiers chinois, notamment en raison de la présence de grands gisements de terres rares sur leur territoire[6].

Le département de l'Énergie des États-Unis a commencé des recherches pour trouver des substituts aux terres rares pour les aimants permanents. L'Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) a ainsi commandité divers projets tels le programme Rare Earth Alternatives in Critical Technologies (REACT, pouvant se traduire en français par « alternatives au terres rares dans les technologiques critiques »). En 2011, ARPA-E a accordé environ 31,6 millions de dollars américains pour de tels projets[7].

Production[modifier | modifier le code]

Il existe deux principales méthodes de production d'aimants au néodyme : par frittage et par trempe sur roue.

Les aimants construits par frittage sont créés à partir de la matière brute introduite dans un four, placés dans un moule et refroidis pour faire des lingots. Ces derniers sont par la suite broyés en de fines particules et frittés selon un processus amenant la poudre à être orientée magnétiquement dans des blocs denses. Les blocs sont par la suite traités thermiquement, coupés, traités en surface et magnétisés.

En date de 2012, 45 000 tonnes d'aimants au néodyme sont officiellement produites par la Chine chaque année. En 2013, 72 000 tonnes sont produites par des compagnies[trad 1],[8]. La Chine produit environ 76 % des aimants en terre rare de la planète[9].

Les aimants construits par trempe sur roue prennent, quant à eux, la forme d'un fin ruban (en) de NdFeB. Ce dernier est constitué de grains nanométriques de Nd2Fe14B orientés aléatoirement. Le ruban est par la suite broyé en fines particules qui sont mélangées à un polymère, puis soit moulées par compression ou par injection. Ces aimants possèdent un flux magnétique moindre que ceux faits par frittage, mais ils sont plus malléables et peuvent être formés de différentes manières, telles celle d'Halbach (en)[10].

Environ 5 000 tonnes de ce type d'aimants au néodyme seraient produites à chaque année.

Propriétés[modifier | modifier le code]

Danger et risques[modifier | modifier le code]

En raison de leur champ magnétique intense les aimants au néodyme présentent aussi un grand danger ; ils peuvent endommager irréversiblement certains appareils et objets :

  • les composants électriques et électroniques en modifiant l’induction dans les bobines, mais aussi en modifiant les caractéristiques intrinsèques de certains composants ;
  • ils peuvent donner une aimantation irréversible à certaines pièces mécaniques ;

Au niveau de la santé, les aimants au néodyme peuvent être néfastes au bon fonctionnement des stimulateurs cardiaques, et être dangereux pour la santé des personnes dont la vie dépend d’un appareil électronique ou mécanique.

Lorsque deux aimants néodymes s’attirent, leur champ magnétique est si intense qu’ils peuvent éclater en se cognant.

Application[modifier | modifier le code]

Il existe des aimants au néodyme de toutes formes, tailles, intensité, orientation de polarité. Des applications existent dans de nombreux domaines :

  • Expériences de physique :
    • Courant de Foucault
    • Lévitation de supra-conducteur
    • Paramagnétisme du dioxygène
    • Ferrofluide
  • Bricolage
  • Loisir créatif
  • Décoration intérieure
  • La pêche à l'aimant
  • Transport
  • Énergies renouvelables, où des aimants au néodyme équipent les rotors de petite centrales hydrauliques et d'éoliennes
  • Sonorisation, les aimants des haut-parleurs d'enceintes sont de plus en plus au néodyme

Notes et références[modifier | modifier le code]

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Neodymium magnet » (voir la liste des auteurs).

  1. (en) « company-by-company »
  1. a et b (en) Jacob Fraden, Handbook of Modern Sensors : Physics, Designs, and Applications, États-Unis, Springer, , 4e éd. (ISBN 1441964657, lire en ligne), p. 73
  2. (en) « What are neodymium magnets? », wiseGEEK website, Conjecture Corp., (consulté le 12 octobre 2012)
  3. (en) « What is a Strong Magnet? », The Magnetic Matters Blog, Adams Magnetic Products, (consulté le 12 octobre 2012)
  4. (en) « Magnetic Anisotropy », Hitchhiker's Guide to Magnetism (consulté le 2 mars 2014)
  5. Chu 2011, p. 56.
  6. (en) Peter Robison and Gopal Ratnam, « Pentagon Loses Control of Bombs to China Metal Monopoly », Bloomberg News,‎ (lire en ligne)
  7. (en) « Research Funding for Rare Earth Free Permanent Magnets », ARPA-E (consulté le 23 avril 2013)
  8. (en) « The Permanent Magnet Market - 2015 » [PDF], Magnetics 2013 Conference, Magnetics 2013 Conference, february, 7-8, 2013 (consulté le 28 novembre 2013)
  9. Chu 2011, p. 68.
  10. (en) « An Introduction to Neodymium Magnets », NdFeB-Info website, e-Magnets UK (consulté le 28 novembre 2013)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

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Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]