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Il faut avoir manipulé des aimants de terres rares pour être en mesure d'apprécier l'intensité de leur champ magnétique. Les bons aimants produisent un champ magnétique qui exerce une force d'attraction égale à 1000 fois le poids de l'aimant.

Comme pour la plupart des produits vendus, les aimants de terres rares présentent des qualités variables. Le choix du métal de terres rares et le processus de fabrication déterminent tous deux la force du produit final. Durant l'élaboration de notre capteur de poussière Veritas® (no 05J21.10), nous avons décidé d'y inclure une base magnétique pour des raisons pratiques. Après quelques essais, nous avons opté pour quatre aimants de 1/2 po de diamètre et de 1/8 po de hauteur. Nous avons testé plusieurs types d'alliage, sans toutefois être pleinement satisfaits de la qualité. Notre choix s'est finalement porté sur les aimants de néodyme nickelé. Un seul de ces petits aimants peut soulever un bloc d’acier de 10 lb.

Mais le plus fascinant dans ces aimants est le nombre quasi infini d'utilisations qu'on peut en faire. L'aimant de terres rares est très pratique pour faire tenir des objets en place. Par exemple, une clé de mandrin sur une perceuse à colonne : l'aimant qui sert de support de fixation est collé à la surface d'acier avec de la colle époxy. En réalité, il n'est même pas nécessaire d'utiliser de la colle. L'aimant est simplement posé sur le boîtier de la courroie. La force d'attraction de l'aimant sur le support en acier sera supérieure à celle exercée sur la clé de mandrin. Ainsi, lorsqu'on tire sur la clé pour la décrocher, l'aimant demeure en place.

Les articles suivants fournissent des informations supplémentaires sur les aimants et leurs utilisations. – L.L.



Quelle est la résistance d'un aimant?

 
Comment mesurer la force d'un aimant?

Deux mesures sont importantes pour les aimants. La première consiste à mesurer la capacité d'un alliage à s'aimanter sous l'action d'un champ magnétique, ce qui détermine la force d’attraction de l'aimant. L'unité de mesure est le gauss par pouce cube pour une matière aimantée jusqu'à saturation. Cette mesure quantifie la densité du flux magnétique, autrement dit l'intensité du champ magnétique. La deuxième mesure concerne la stabilité de la permanence de la force d'attraction, ou la « force » de l'aimant, mesurée en œrsted. En ce qui a trait aux aimants permanents, il est préférable d'utiliser des aimants robustes qui ne faibliront pas. L'œrsted est l'unité qui permet de quantifier le champ magnétique contraire ou coercitif nécessaire pour neutraliser entièrement un aimant. Un phénomène appelé également la « coercivité » de l'aimant. Cependant, aucune de ces deux mesures n'est plus utilisée de nos jours. Si l'on multiplie ces deux unités entre elles, on obtient la quantité d'énergie maximale emmagasinée dans l'aimant, ou le « produit d'énergie maximale », dont l'unité est le mégagauss-œrsted (MGOe) – méga signifiant un million.

Tableau comparatif (MGOe)
Matériau magnétique à aimantation permanente MGOe
Acier au carbone 0,25
Acier au chrome ou au cobalt 1
Alnico (alliage d'aluminium-nickel-cobalt) 8
Alliages de métal de terres rares 50

Remarque : Aimants de ferrite ou de céramique : de 1 à 6 MGOe

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La saturation magnétique

La saturation est atteinte lorsque toutes les molécules polarisées du matériau sont orientées dans la même direction magnétique. Le scénario idéal pour un aimant. Cependant, il arrive que de bons aimants se désaimantent partiellement ou complètement de façon permanente – phénomène appelé « perte irréversible ». Cela peut se produire pour diverses raisons : exposition à une température supérieure à la température maximale d'utilisation ou à des champs magnétiques intenses; chocs ou fin de la durée de vie utile. Malgré son nom, le phénomène est réversible. On peut magnétiser de nouveau des matériaux magnétiques. La résistance à la démagnétisation est appelée coercivité. Dans ce domaine, les aimants de terres rares sont des champions.

Seuls le fer, le cobalt et le nickel présentent une propriété ferromagnétique à température ambiante. L'ajout de ces matières ferromagnétiques à un métal de terres rares augmente la coercivité de ce dernier.

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Forme d'aimant la plus efficace

Les aimants ronds offrent le plus grand rapport entre l'aire de la surface de l'aimant et sa masse. Généralement, cette forme circulaire procure la plus grande force magnétique utilisable.

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Matériaux utilisés pour fabriquer des aimants
 

Les aimants de terres rares vendus au détail sont faits d'un alliage de néodyme-fer-bore (NdFeB). Seuls le fer, le cobalt et le nickel sont ferromagnétiques à température ambiante. L'aimant doit contenir l'un de ces trois éléments pour produire un champ magnétique, même si l'alliage avec n'importe quel autre élément permet aussi d'augmenter la coercivité de l'aimant. Les quatre principaux types d’aimants utilisés aujourd'hui sont des aimants faits de céramique, d’alnico, de néodyme ou de samarium-cobalt.

Un aimant d'alnico est fait d'un alliage d'aluminium-nickel-cobalt. Ces éléments sont coulés – fondus puis déversés dans un moule – ou frittés, c'est-à-dire fusionnés ensemble par chaleur et pression. Un aimant coulé possède de meilleures propriétés magnétiques qu'un aimant fritté. Même si ce matériau peut perdre ses propriétés magnétiques après une chute ou un choc, l'aimant d'alnico présente l’avantage de résister à des températures élevées pouvant atteindre 550 °C.

Les aimants de céramique sont durs et cassants. Ils sont composés de ferrite de strontium et d'oxyde de fer mélangés à de la céramique. À une température inférieure à 300 °C, ces aimants ont une force magnétique plus faible que les autres types d'aimants. Cependant, ils résistent à la corrosion et à la démagnétisation. Leur principal avantage réside dans leur prix peu élevé.

Parmi les alliages magnétiques, les aimants de néodyme possèdent des qualités magnétiques supérieures. Même si ce type d'aimant exerce une force d'attraction élevée, ils comportent un inconvénient : au-delà de 150 °C, ils se démagnétisent.

Dans des conditions de températures très élevées, on recommande d'utiliser des aimants de samarium-cobalt. Cet alliage du groupe des terres rares n'est pas aussi puissant que le néodyme, mais il peut résister à une température de 300 °C.

Les différentes combinaisons de matériaux permettent un usage polyvalent des aimants. Selon les matériaux utilisés, chaque type d'aimant est adapté à un usage particulier. Cela va de la fixation d'un calendrier dans l'atelier à la collecte d'écrous et de boulons égarés dans les chaînes de productions d'aliments transformés.

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Améliorer la force d'attraction des aimants

La force d'attraction des aimants est plus grande lorsque les lignes de champ magnétique sont concentrées. Les lignes de champ magnétique d'un aimant convergent toujours d'une extrémité – ou pôle – à l'autre.
Le champ magnétique d'un aimant rond se répartit donc de manière égale de chaque côté – voir la figure 1. Pour améliorer la force d'attraction, on doit concentrer le champ magnétique.

En plaçant une plaque ferromagnétique contre une face de l'aimant – voir la figure 2 –, on crée une trajectoire plus efficace pour la convergence des lignes de champ entre les deux pôles. On contraint ainsi une grande partie du champ magnétique à converger dans un seul sens.

En insérant un aimant dans une cuvette ferromagnétique – voir la figure 3 –, cet effet est encore davantage amplifié. De cette façon, les deux champs magnétiques de l'aimant sont concentrés sur une seule surface. C’est le principe de l'aimant en forme de fer à cheval. Un aimant de terres rares inséré dans une cuvette d'acier devient quatre fois plus puissant qu'un aimant seul. La cuvette a pour effet de concentrer de manière optimale le flux magnétique de l'aimant.

Quelle quantité d'énergie magnétique faut-il?

Pour les aimants de grand format, l'influence du champ magnétique peut dépasser le point de saturation d'un métal fin. Par exemple, un aimant de terres rares de 1 po logé dans une cuvette ferromagnétique requiert une force d’arrachement de 28 lb pour le décoller d’une plaque d’acier de 1/4 po, mais 14 lb suffisent pour l'enlever d'une pièce d'acier utilisée pour la carrosserie d'automobile.

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Cuvettes pour aimants


 
 
 

La cuvette sert avant tout à augmenter la force d'attraction d'un aimant. Un aimant inséré dans une cuvette est généralement quatre fois plus puissant qu'un aimant seul. Une fois la cuvette vissée en place avec un aimant, il est fort peu probable que celui-ci puisse en sortir, de façon accidentelle ou délibérée. Toutefois, si vous croyez avoir besoin d'enlever l'aimant et la cuvette, vous pouvez faire une encoche sur le bord de cette dernière – voir l'illustration.

Ainsi, il sera possible de retirer l'aimant au moyen d'un petit outil pointu. Pour extraire les aimants des cuvettes encastrées, vous devrez utiliser un outil doté d'un crochet.

En règle générale, les cuvettes pour aimants sont fixées au moyen d'une vis à bois, mais une vis mécanique à tête plate au diamètre équivalent peut faire l’affaire. Là où la chose est possible, vous pouvez simplement fixer un écrou directement au bout saillant de la vis. Au besoin, l'écrou peut être encastré et serré au moyen d'une douille ou d'un tournevis à douille. Pour cacher la vis, chambrez suffisamment le trou pour loger l'écrou et un bouchon assorti, que vous pouvez tailler au moyen d'un coupe-bouchon Snug Plug®. Si vous devez par la suite enlever la cuvette, il est possible de percer le bouchon avec une mèche plus petite de 1/64 po à 1/32 po que le diamètre de ce dernier afin d’avoir accès à l'écrou.

Pour une pièce en bois mou, surtout si elle est mince, il est préférable d'utiliser des vis mécaniques et des écrous. Si une vis à bois n'a pas suffisamment de mordant, la force magnétique de l'aimant pourrait dans certains cas l'arracher. Utiliser une vis mécanique et un écrou élimine ce risque.

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Rondelles pour aimants

La force d'attraction d'un aimant de terres rares est souvent limitée par les propriétés ferromagnétiques de la surface où il est apposé. Même s'il est possible d'utiliser un second aimant, la solution économique pour augmenter la force d'attraction consiste à utiliser une rondelle pour aimant. Contrairement aux rondelles ordinaires, ces rondelles sont parfaitement plates pour accroître la surface de contact avec l'aimant. Elles sont aussi suffisamment épaisses pour capter de façon optimale le champ magnétique dégagé par l'aimant.

Tout comme les cuvettes pour aimants, les rondelles peuvent être fixées avec des vis mécaniques pour éliminer les risques d'arrachement. (L.S.)

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Champs magnétiques et stimulateurs cardiaques

L'effet des aimants sur les stimulateurs cardiaques soulève de nombreuses questions. Puisqu'il n'existe pas de matière isolante reconnue pour contrer le flux magnétique, on ne peut empêcher les stimulateurs cardiaques d'y être exposés. Toutefois, les stimulateurs cardiaques actuels sont conçus pour être insensibles aux faibles interférences magnétiques. Les stimulateurs cardiaques ont un rythme prédéfini et programmé en fonction de l'activité cardiaque du patient au repos. En présence d'un fort champ magnétique, de plus de 20 gauss, un stimulateur cardiaque recherche le rythme prédéfini. Cependant, la présence d'un champ magnétique puissant ne devrait pas arrêter un stimulateur cardiaque ou modifier le rythme prédéfini.

 
En effet, l'air et les tissus humains sont de très mauvais conducteurs de flux magnétique. Pour perturber le fonctionnement d'un stimulateur cardiaque, il faudrait qu'un gros aimant soit placé très près de l'appareil. On peut prendre une mesure valable de l'intensité d'un champ au moyen d'une montre au quartz, laquelle tolère généralement un champ de 10 gauss. Pour créer un champ magnétique suffisamment puissant pour arrêter le mouvement à quartz d'une montre, il suffit de placer un aimant de terres rares d'un diamètre de 1/2 po et d'une hauteur de 1/8 po sur le verre d'une montre. Une fois l'aimant écarté, la montre, tout comme le stimulateur cardiaque, devrait fonctionner normalement, sans dommage permanent.

 
Les mises en garde affichées près d'équipement comme les appareils d'imagerie par résonance magnétique visent à renseigner les porteurs d'un stimulateur cardiaque ou d'un défibrillateur des risques associés à la présence d'un champ électromagnétique actif. Ce champ est très différent du champ magnétique d'un aimant permanent et suscite davantage d'appréhension. Les champs électromagnétiques, naturels ou générés par l'activité humaine, sont critiqués parce qu'ils sont soupçonnés de créer des problèmes de santé et de causer des pannes de réseaux électriques. Ils constituent une menace permanente au bon fonctionnement d'appareils microélectroniques.

Les champs électromagnétiques, contrairement aux champs magnétiques, oscillent ou sont modulés, d'où la possibilité de transmettre l’énergie par induction. L'induction est la transmission à distance d’énergie électrique ou magnétique au moyen d’un aimant ou d’un courant. À l'échelle planétaire, les champs électromagnétiques sont transmis par induction au moyen de longs câbles électriques, surtout ceux déployés dans l'axe nord-sud. L'induction est telle qu'elle peut parfois induire un excédent de deux millions de volts sur les 1200 km de câbles de transmission reliant la centrale hydroélectrique de la baie James à un centre de distribution au nord de Montréal. À vrai dire, certains techniciens et ingénieurs en distribution de l'électricité ont passé de longues nuits à se demander pourquoi une panne survenait à Montréal lorsque des aurores boréales illuminaient fortement le ciel.

En ce qui a trait aux stimulateurs cardiaques, les électrodes implantées dans le corps humain sont peu exposées aux forces magnétiques naturelles, mais des précautions s'imposent à proximité de quelques appareils, en particulier ceux à haute fréquence, comme les appareils d'imagerie par résonance magnétique. Divers appareils, comme les ordinateurs personnels, les téléviseurs et les fours à micro-ondes doivent dorénavant respecter des règles très strictes en matière d'interférence électromagnétique, ce qui n'était pas le cas il y a une dizaine d'années. Les utilisateurs de téléphones cellulaires, de baladeurs Walkman® et les porteurs d'un stimulateur cardiaque ont ainsi un environnement plus sûr. Toutefois, les salles de transmission radioélectrique, les appareils de soudage à haute fréquence et les puissants magnétrons des appareils d'imagerie par résonance magnétique demeurent très dangereux. Des sources de rayonnement électromagnétique à haute fréquence peuvent poser trois risques :

  1. l'augmentation de la tension à un seuil destructeur, pouvant endommager les circuits de façon permanente;
  2. l'augmentation de la tension à un seuil plus élevé que la tension de fonctionnement, masquant ainsi le signal du stimulateur cardiaque;
  3. la stimulation du rythme cardiaque causée non pas par le stimulateur, mais par une source externe.

Cependant, aucun de ces risques ne peut être causé par un aimant de terres rares, lequel génère un champ magnétique fixe. Nous conseillons aux porteurs d'un stimulateur cardiaque ou d'un défibrillateur de prendre la simple précaution de ne pas mettre de gros aimants permanents en contact direct avec le thorax. Si votre rythme cardiaque se modifie, éloignez l'aimant de votre thorax.

— M.O.
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L'effet négatif des aimants

Vous êtes des milliers à avoir acheté des aimants de terres rares chez nous. La plupart d'entre vous les ont trouvés utiles et ont même passé une autre commande. Avec le temps, vous avez sans doute découvert, comme bon nombre d'entre nous qui les avons manipulés, un élément important : il ne faut jamais ranger des aimants et une carte bancaire dans la même poche – ni à proximité d'un ordinateur. Le cas échéant, l'aimant risque de démagnétiser la bande magnétique de la carte bancaire. Certains d’entre nous se sont retrouvés avec des cartes de crédit parfaitement inutilisables après les avoir malencontreusement rangées avec des aimants. Vous pouvez réduire l'intensité du champ magnétique – ainsi qu'augmenter la durée de vie d'un aimant – en le collant à un support en fer ou en acier. Tout comme les aimants en fer à cheval qui comportent une armature posée sur les deux extrémités, les aimants de terres rares conservent mieux l'intensité de leur champ magnétique s’ils sont collés à un support ferromagnétique. Toutefois, ils possèdent déjà une force coercitive – c'est-à-dire une capacité de conserver leur magnétisme – très élevée et résistent donc bien à la démagnétisation. Malgré les inconvénients que comportent les aimants de terres rares, il est toujours pratique d'en conserver à portée de la main étant donné le nombre quasi infini d'utilisations qu'on peut en faire.

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Aimants, boîtes métalliques et boîtes à outils

L'ajout d'aimants de 1 po de diamètre et de 1/8 po de hauteur dans notre catalogue visait à offrir un plus grand choix d'aimants, sans que nous nous penchions réellement sur leur utilité. Nous pensions qu'ils étaient destinés à un usage identique à celui des autres modèles, et que nous offrions simplement des aimants d'un format différent.

Nous n'avions pas mesuré l'étendue de leur polyvalence. Par exemple, ils peuvent servir à fixer une boîte métallique contenant des outils au bord d'un banc de scie ou sur le garde-boue d’un tracteur. La force d’attraction des aimants est telle qu'ils empêchent un contenant métallique de glisser sur une surface plane à moins d'être lourdement chargé.

On recommande d'utiliser une boîte de métal carrée. Une boîte de bonbons ou de noix fera l'affaire. Si elle comporte un couvercle, c'est encore mieux. Les outils seront protégés. Plaquez des rondelles épaisses ou une barre de métal de 1/16 po d'épaisseur minimum, qui servira de pièce d'appui, sur un ou deux aimants de 1 po de diamètre que vous collerez sur la paroi interne de la boîte. Les aimants maintiendront la boîte en place, tout en donnant la possibilité de la décrocher facilement pour la placer sur une autre machine. Cette boîte à outils amovible est très pratique pour ranger les écrous et les boulons qu'on dévisse pour réparer une machine.

On peut aussi utiliser un contenant à café. Avant de placer les aimants, il faut d'abord aplatir une partie de la paroi. Les aimants seront ainsi parfaitement en contact avec la boîte.

Épatez vos amis en leur offrant des boîtes amovibles multiusages. La grandeur d'un contenant à café est parfaite pour ranger, entre autres, pince-étau, pince, pointeau, poinçon ou marteau. Aplatissez une section – de 1 1/2 po de largeur – de la paroi, allant du haut vers le bas. Placez les aimants et la pièce d'appui du côté intérieur du contenant, puis plaquez ce dernier contre une surface ferromagnétique plane.

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Pièces de fixation rapide

Nous avons encastré quatre aimants de néodyme dans la base de notre capteur de poussière Veritas (no 05J21.10). Nous avons trouvé une astuce pour fixer le capteur de poussière à un support fait d'un métal autre que le fer ou l'acier. Il suffit de visser deux vis à tête fraisée – selon le même espacement que les aimants – puis de simplement poser le capteur de poussière sur ces vis. Utilisez la même méthode pour accrocher pratiquement n'importe quoi n'importe où. Cette méthode de fixation est particulièrement efficace pour maintenir en place le capteur de poussière ou tout autre outil sur une table en bois. Rendez la table de travail « attractive » en y collant des rondelles ou en y insérant des vis.

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Porte-couteau

L'utilisation d'un porte-couteau magnétique ordinaire peut endommager les couteaux. En effet, la lame du couteau est maintenue contre une barre en acier. Le problème n’est pas de savoir si elle sera émoussée, mais quand elle le sera.

Tôt ou tard, le tranchant de la lame heurtera la barre en acier. Quant au porte-couteau de comptoir, il protège les lames, mais peut se révéler encombrant.

Il existe une troisième solution : fabriquer un porte-couteau en bois équipé d'aimants de terres rares qui serviront de pièces de fixation. Les aimants sont suffisamment puissants pour qu'on interpose une pièce de bois entre eux et les couteaux. Les couteaux sont maintenus en place de façon sûre. Ils ne seront jamais endommagés, car ils sont en contact uniquement avec la pièce de bois, et jamais avec l’acier ou les aimants. Il suffit de percer des trous de 1/2 po sur une face de la pièce de bois. Ne laissez que 1/16 po entre le fond du trou et la face opposée. Si vous utilisez une mèche à pointe de centrage ou une mèche Forstner, la pointe de centrage percera probablement un trou dans la face opposée de la pièce. Rebouchez ce trou à l'aide de bouche-pores ou, pour un travail plus professionnel, agrandissez le trou jusqu'à 1/4 po ou 3/8 po de diamètre, puis comblez-le avec un bouchon en bois. L'aspect visuel sera plus net et les bouchons indiqueront l'emplacement des aimants. Aucun porte-couteau acheté en magasin ne pourra égaler celui que vous aurez fabriqué.

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Observation scientifique

Parmi les multiples usages des aimants, il y a le fil à plomb qui ne marquera pas l'aplomb. Fabriquez-en un en insérant un aimant dans la pesée, pôle Nord orienté vers le bas, et un autre dans la base, pôle Nord vers le haut.

Sur la photo, un fil à plomb standard côtoie un modèle truqué. Voilà un instrument original pour enseigner les principes du magnétisme.

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Cacher une clé de secours

Si vous avez déjà utilisé un contenant à clé magnétique pour cacher une clé dans la voiture, vous savez que certains sont munis d'aimants peu puissants. Quand vient le temps de récupérer la clé, il y a de fortes chances qu'elle soit tombée.

D'où l'utilité des aimants de terres rares puissants. Placez la clé sur un aimant, puis enveloppez-les de ruban de silicone (no 23K30.01). Le ruban constitue un revêtement imperméable, vous pouvez donc ranger la clé n'importe où sur le véhicule. Le seul problème sera de vous rappeler où vous avez caché cette clé.

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En avoir pour son argent

Un aimant de terres rares inséré dans une cuvette d'acier devient quatre fois plus puissant qu'un aimant seul. Le prix des aimants est proportionnel à la quantité d’alliage magnétique qu'ils contiennent.

Les alliages de terres rares sont cassants et s'ébrèchent facilement; les cuvettes ont donc un rôle protecteur.

Les aimants de terres rares sont plus efficaces et durent plus longtemps s'ils sont jumelés à des cuvettes ferromagnétiques. Étant donné l'efficacité supplémentaire que procure l'ajout de cuvettes, le prix des aimants de terres rares est proportionnellement moindre si on tient compte de leur puissance.

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