Quel est l'aimant le plus puissant du monde?

0

Le magnétisme est une force invisible présente dans tous les types d'aimants, des plus simples qui se collent au réfrigérateur aux équipements médicaux les plus sophistiqués comme l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Tout au long de l'histoire, l'humanité a travaillé sur divers projets pour améliorer les aimants, impulsant le progrès technologique. Mais, actuellement, quel est l'aimant le plus puissant du monde ?

La réponse n'est pas aussi simple qu'il y paraît, car cela dépend si nous parlons des aimants disponibles dans le commerce ou des super-aimants créés dans des laboratoires scientifiques à des fins de recherche.

Ci-dessous, nous expliquons tout ce que vous devez savoir pour comprendre pourquoi un aimant est le plus puissant du monde et quelles caractéristiques il doit posséder. La base de tout est le magnétisme, une des quatre forces fondamentales de la nature et une manifestation de la force électromagnétique.

Qu'est-ce qu'un aimant ?

Un aimant est un objet ayant la capacité de générer un champ magnétique autour de lui. Ce champ est responsable de la force d'attraction ou de répulsion qu'éprouvent d'autres matériaux magnétiques ou aimants.

La clé d'un aimant réside dans le mouvement de ses électrons. Dans tous les matériaux, les électrons sont en mouvement constant autour du noyau de l'atome (orbites) et tournent sur eux-mêmes (spin). Ces mouvements de charge électrique génèrent de petits champs magnétiques au niveau atomique. Pensez à chaque électron comme à un tout petit aimant.

Dans les matériaux non magnétiques (comme le bois ou le plastique), ces petits champs magnétiques internes sont orientés au hasard et s'annulent mutuellement, rendant le matériau neutre, c'est-à-dire non magnétique.

Dans les matériaux magnétiques (matériaux ferromagnétiques, comme le fer, le nickel et le cobalt), la structure atomique permet à de grands groupes de ces champs atomiques, appelés domaines magnétiques, de s'aligner dans la même direction. Lorsque la majorité de ces domaines sont orientés de manière uniforme, le matériau devient un aimant. Ce processus d'alignement, appelé magnétisation, nécessite d'exposer le matériau à un champ magnétique externe fort.

Pôles Magnétiques d'un Aimant

Tout aimant a deux extrémités bien définies appelées pôles : le Pôle Nord (N) et le Pôle Sud (S). La force magnétique est la plus intense à ces pôles. Une règle fondamentale du magnétisme, et bien connue comme dicton populaire, est :

• Les pôles opposés s'attirent : Nord attire Sud (N →← S).

• Les pôles identiques se repoussent : Nord repousse Nord (N ←→ N) et Sud repousse Sud (S ←→ S).

C'est la même base de fonctionnement du compas, dont le pôle nord magnétique est attiré par le pôle sud magnétique de la Terre (situé près du pôle Nord géographique). Il est impossible d'isoler un seul pôle ; si vous coupez un aimant en deux, chaque moitié développe instantanément une nouvelle paire de pôles. C'est pourquoi on dit que les monopôles magnétiques n'existent pas.

Différences entre Aimant et Champ Magnétique

Comprendre cette distinction est essentiel pour comprendre la physique derrière l'aimant le plus puissant.

• L'aimant (la cause). L'aimant est l'objet physique, le matériau (une barre de ferrite, un disque de néodyme) qui agit comme la source créant le magnétisme. C'est un objet mesurable par sa masse (quantité de matière), sa forme et sa composition (de quoi est faite la matière).

• Le champ magnétique (l'effet et la mesure). Le champ magnétique est la zone invisible d'influence qui entoure l'aimant. C'est la manière dont la force magnétique se manifeste dans l'espace. Le champ magnétique est représenté par des lignes de flux qui sortent du pôle Nord et entrent par le pôle Sud. C'est à travers ce champ que l'aimant exerce une force à distance sur d'autres objets.

Pour mesurer la puissance de l'aimant le plus puissant, nous mesurons l'intensité de son champ magnétique en teslas (T). Un tesla est l'unité du Système International pour la densité de flux magnétique. Pour mettre cela en perspective :

• Champ magnétique de la Terre : ≈ 0.00005 T

• Aimant de réfrigérateur courant : ≈ 0.001 T

• Machine IRM d'hôpital : ≈ 1.5 T à 3 T

Types d'Aimants : Quel est l'aimant le plus puissant du monde?

La force, le coût et l'utilisation des aimants dépendent de leur composition. Il existe trois catégories principales qui nous mènent directement à identifier quel est l'aimant le plus puissant du monde.

1. Aimants Permanents (La force constante). Ils conservent leur magnétisme presque indéfiniment. Les aimants permanents les plus puissants disponibles dans le commerce sont les aimants aux terres rares. Les deux types d'aimants aux terres rares sont les aimants au néodyme et ceux au samarium-cobalt :

      • Néodyme (NdFeB): Ils sont composés de néodyme, de fer et de bore. Ils sont, de loin, les aimants permanents les plus puissants disponibles dans le commerce. Leur force est étonnante par rapport à leur taille (haute Énergie Maximale de Produit, mesurée en MegaGauss Oersted, MGOe). Ils sont classés par grades (de N35 à N52), où N52 est le plus puissant et la norme actuelle pour l'aimant le plus puissant que vous pouvez acheter. Les deux modèles sont disponibles chez Green Stuff World pour les loisirs créatifs et l'inclusion dans les figurines.

      • Samarium-Cobalt (SmCo): Moins puissant que le néodyme à température ambiante, mais avec une résistance supérieure à la température (jusqu'à ≈ 350 °C). Ils sont cruciaux dans les applications aérospatiales et militaires où la chaleur est un facteur limitant.

2. Aimants Temporaires (Magnétisme induit). Ce sont des matériaux qui présentent du magnétisme seulement lorsqu'ils sont en présence d'un champ magnétique externe fort (comme un aimant permanent ou un électroaimant). Contrairement aux aimants permanents, ils perdent la majeure partie de leur magnétisme rapidement lorsque le champ externe disparaît. Un exemple clair est le clou de fer ou le trombone. Ceux-ci adhèrent fortement à un aimant, mais si vous les séparez, ils ne conservent pas la capacité d'attirer d'autres objets par eux-mêmes.

3. Électroaimants (La force contrôlée et extrême). Un électroaimant génère un champ magnétique à partir d'un courant électrique qui circule à travers une bobine de fil.

      • Avantage: Sa force peut être facilement contrôlée en faisant varier le courant et il peut être activé ou désactivé.

      • Puissance: Étant alimentés par des courants massifs, ils peuvent générer des champs magnétiques qui surpassent de loin tout aimant permanent. L'aimant le plus puissant absolu du monde est un type d'électroaimant.

Alors, quel est l'aimant le plus puissant du monde?

Comme nous l'avons déjà mentionné, la réponse à cette question a deux dimensions : le champion commercial et le champion absolu.

1. L'Aimant le Plus Puissant Commercial

En tête du classement des aimants les plus puissants commercialement, se trouve l'aimant au néodyme. Concrètement, l'aimant au néodyme N52, le grade le plus fort qui existe, car il offre la plus grande densité de flux magnétique. Un petit cube de néodyme de ce grade peut soulever des milliers de fois son propre poids. Sa puissance est due à la structure cristalline du néodyme qui possède une haute anisotropie magnétique, c'est-à-dire qu'il a une direction préférée très forte et stable pour son magnétisme, ainsi qu'une grande résistance à la désalignement de ses domaines magnétiques.

Cela permet une magnétisation immense. Cependant, en raison de cette force intense, les grands aimants au néodyme doivent être manipulés avec une extrême prudence. Si deux aimants d'une certaine taille entrent en collision, ils peuvent se briser, projeter des fragments à haute vitesse ou écraser les doigts ou d'autres parties du corps avec une pression suffisante pour causer des blessures graves.

2. L'Aimant le Plus Puissant dans le Domaine Scientifique

Le champion industriel, et en réalité absolu, en termes d'intensité de champ magnétique, est un aimant connu sous le nom d'Électroaimant Hybride Supraconducteur. Il est situé au Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (MagLab) en Floride, aux États-Unis.

      • Record Soutenu: Cet aimant a atteint une intensité de champ magnétique constante de 45 teslas. Il combine un solénoïde externe en matériau supraconducteur, qui génère le champ magnétique de fond, avec une bobine de cuivre interne qui reçoit une grande quantité d'énergie pour générer le champ magnétique extrême.

      • Record Pulsé: Au Laboratoire National de Los Alamos (LANL), des champs magnétiques "non destructifs" allant jusqu'à 100 teslas ont été atteints et, dans des expériences destructives, des champs encore plus importants (des centaines de teslas), mais ceux-ci ne durent que des fractions de seconde.

45 teslas est le champ magnétique soutenu le plus intense créé par l'homme et est environ un million de fois plus fort que le champ terrestre, se consolidant comme l'aimant le plus puissant connu en continu. Mais, bien sûr, ce type d'aimant n'est pas disponible à des fins commerciales, donc, pour un usage personnel, l'aimant le plus puissant que vous pouvez trouver est celui au néodyme.

Qu'est-ce que le néodyme ?

Le néodyme est un élément chimique dont le symbole est Nd et le numéro atomique 60. Il appartient à la série des lanthanides et est classé parmi les métaux des terres rares, bien qu'il soit plus courant dans la croûte terrestre que ne le suggère ce terme. Il a été identifié pour la première fois à la fin du XIXe siècle grâce à la séparation d'une substance antérieure connue sous le nom de didymium. Malgré son abondance naturelle relativement élevée, le néodyme ne se trouve jamais sous forme métallique pure, mais est toujours lié à des composés minéraux.

Sur le plan géologique, le néodyme se trouve dans des minéraux de terres rares tels que la monazite et la bastnäsite, où il est mélangé à plusieurs autres éléments lanthanides. L'extraction du néodyme implique un processus de raffinage complexe qui comprend le broyage du minéral, un traitement chimique et des techniques de séparation avancées telles que l'échange d'ions ou l'extraction par solvant afin d'isoler le métal sous une forme utilisable. À mesure que la demande mondiale en technologies de pointe augmente, l'importance de l'extraction et du traitement du néodyme s'accroît également.

L'une de ses utilisations les plus précieuses est la production d'aimants permanents à haute résistance, en particulier lorsqu'il est allié au fer et au bore. Ces aimants sont essentiels dans de nombreuses technologies modernes, notamment les moteurs de véhicules électriques, les générateurs d'éoliennes, les disques durs, les écouteurs et les systèmes audio haute performance. Le néodyme est également utilisé dans le domaine de l'optique et des lasers, en particulier dans les appareils qui nécessitent une émission lumineuse précise, tels que les lasers médicaux ou les instruments scientifiques.

Bien que le néodyme soit plus abondant que certains métaux de base, sa distribution est inégale et son traitement est difficile, ce qui lui confère une importance stratégique. La majeure partie de la production mondiale est concentrée dans quelques pays, la Chine étant le principal fournisseur. Cela fait du néodyme non seulement un élément technologiquement essentiel, mais aussi un facteur clé dans les discussions sur la sécurité des matériaux et le développement industriel durable.

Aimants au Néodyme chez Green Stuff World

Dans la boutique en ligne de modélisme de Green Stuff World, nous disposons d'une vaste variété d'aimants au néodyme pour les loisirs créatifs et le modélisme. Le diamètre de nos aimants N52 et N53 varie entre 8 et 2 millimètres. L'épaisseur peut également différer entre 0,5 et 2,5 millimètres. De plus, cette catégorie comprend des aimants rotatifs pour exposer des vaisseaux spatiaux, ajouter des détails à un diorama ou les utiliser de la manière que vous imaginez dans tout autre projet.

Enfin, nous disposons également d'aimants pour carrosserie RC qui facilitent la mise en place et la séparation de cette partie de la voiture, très nécessaires dans cette discipline pour effectuer les réparations pertinentes après chaque course. Grâce à la grande force magnétique de ce matériau, il n'est plus nécessaire de visser la carrosserie comme autrefois, ce qui rendait le processus beaucoup plus fastidieux.

Par conséquent, si vous souhaitez vous procurer l'aimant le plus puissant de la meilleure qualité du marché, n'oubliez pas de consulter le catalogue GSW où vous trouverez également beaucoup plus de matériaux pour les loisirs créatifs et les dioramas, des peintures acryliques aux colles, en passant par toutes sortes de pâtes à modeler et de bits de résine.