Trop chaud, plus d'aimant

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Trop chaud, plus d'aimant : le point de Curie

Le forgeron et son aimant

Un forgeron chauffe une lame d'acier jusqu'au rouge, puis l'approche d'un aimant : elle n'est plus attirée. Refroidie, elle colle de nouveau. Le fer cesse d'être attiré vers 770 °C.
La chaleur agite les atomes. Tant qu'elle reste modérée, l'interaction d'échange (chapitre 2) garde leurs aimants alignés malgré l'agitation. Au-delà d'une température propre à chaque matériau, l'agitation l'emporte : les petits aimants s'orientent au hasard, le métal n'est plus ferromagnétique. C'est le point de Curie.

Honnêtement :
les forgerons s'en servent comme repère : quand l'aimant ne prend plus, la lame a dépassé 770 °C. Mais pour la trempe, beaucoup d'aciers demandent davantage : l'aimant dit « assez chaud pour ne plus coller », pas « prêt à tremper ».

Pierre Curie étudie le magnétisme des corps à différentes températures dans sa thèse, soutenue le 6 mars 1895. Il quitte ensuite le magnétisme pour la radioactivité, avec Marie Curie.

À chaque matériau sa température

Température de Curie des aimants et des métaux magnétiques

Au-delà de son point de Curie, un matériau perd son ferromagnétisme : il n'est plus attiré par un aimant. Le gadolinium le perd vers 20 °C, le néodyme-fer-bore vers 310 à 330 °C, le nickel vers 358 °C, les ferrites vers 450 °C, le fer à 770 °C, l'AlNiCo vers 800 à 860 °C et le cobalt vers 1 115 °C. Les aimants au néodyme courants perdent de la force pour toujours dès 80 °C.

le gadolinium, un métal du groupe des terres rares, perd son ferromagnétisme vers 20 °C : sorti du réfrigérateur, il colle à l'aimant ; réchauffé, il le lâche ;
le néodyme-fer-bore a son point de Curie vers 310 à 330 °C, mais ses nuances courantes perdent de la force, pour toujours, dès 80 °C, et les plus puissantes dès 60 °C ;
le nickel vers 358 °C, les ferrites vers 450 °C, le fer à 770 °C, l'AlNiCo vers 800 à 860 °C ;
le cobalt, champion, vers 1 115 °C.

À retenir : chaleur et aimants ne font pas bon ménage. Le point de Curie efface tout ; bien avant lui, un aimant chauffé au-delà de sa température d'emploi perd une partie de sa force, sans retour.

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« Pourquoi mon aimant ne marche plus ? »

C'est une question que beaucoup posent à Google. Un aimant ne s'use pas en travaillant : tenir une carte postale au frigo pendant dix ans ne lui coûte rien (chapitre 8). S'il faiblit, c'est qu'on a dérangé ses domaines :

la chaleur : un moteur brushless qui a surchauffé peut avoir perdu pour toujours une partie de la force de ses aimants, donc de son couple (cours Mpp Brushless, en lien en fin de page) ;
un champ contraire : un aimant plus fort, forcé contre lui pôles identiques face à face, peut retourner une partie de ses domaines ;
les chocs, surtout pour les vieux aimants en acier ou en AlNiCo ;
la rouille : le néodyme, riche en fer, s'oxyde vite, d'où son nickelage. Un aimant rouillé ou ébréché perd de sa force.

Pour qu'un aimant dure :
rangez-le loin des fours et des autres aimants. Pour un aimant en fer à cheval, posez une barrette de fer sur ses deux pôles : ses lignes de force se referment, comme dans le court-circuit magnétique du cours Électromagnétisme.

Les laves qui se souviennent

Une lave contient de la magnétite. Tant qu'elle est très chaude, au-dessus du point de Curie de ses grains, leurs petits aimants s'agitent dans tous les sens. En refroidissant, ils se figent dans la direction du champ magnétique de la Terre à ce moment-là, et la roche garde cette mémoire pendant des millions d'années.

en 1905 et 1906, dans le Cantal, Bernard Brunhes trouve une coulée de lave, et l'argile qu'elle a cuite en dessous, aimantées à l'envers du champ actuel : le champ terrestre s'est donc déjà inversé. Il faudra un demi-siècle pour que l'idée soit admise ;
en 1963, Frederick Vine et Drummond Matthews lisent sur les fonds océaniques des bandes aimantées tour à tour dans un sens et dans l'autre, symétriques de part et d'autre des dorsales : le plancher de l'océan naît à la dorsale et s'en écarte, en enregistrant les inversions du champ.

Les bandes magnétiques des fonds océaniques et les inversions du champ terrestre

À la dorsale, la lave qui refroidit sous son point de Curie enregistre la direction du champ magnétique terrestre du moment, puis le plancher océanique s'écarte de part et d'autre. Chaque inversion du champ laisse ainsi une bande aimantée dans l'autre sens : les bandes sont symétriques par rapport à la dorsale, et de plus en plus vieilles en s'en éloignant. C'est l'observation de Vine et Matthews, en 1963.

À retenir : en refroidissant sous son point de Curie, une roche enregistre le champ terrestre. Ces enregistrements racontent les inversions du champ (chapitre 5) et le mouvement des continents.