LANTHANE ET LANTHANIDES

Applications liées aux propriétés magnétiques

Si les matériaux à base de ferrite ou d'alliages Al-Ni-Co sont les plus connus, on a produit depuis les années 1960 des aimants permanents à base de terres rares, dont les propriétés magnétiques sont exceptionnelles, avec une température de Curie pouvant atteindre 700 ⁰C. L'optimisation des formulations chimiques, résultat direct de la recherche, a permis la mise au point d'aimants de plus en plus performants, de plus en plus petits et façonnables.

Les aimants samarium-cobalt

Aimants permanents et terres rares - crédits : Encyclopædia Universalis France — Aimants permanents et terres rares
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La formule de base de ces aimants est SmCo₅. Puis, avec le temps et la recherche, la formulation s'est compliquée par ajout de faibles quantités de fer, de cuivre, de zinc, d'autres terres rares, etc., jusqu'à l'optimisation des performances (fig. 6). Leur synthèse est simple, selon la technologie de la métallurgie des poudres. Leur force d'aimantation par gramme est supérieure d'un facteur 4 à celle des aimants classiques à base de fer, ce qui permet la miniaturisation des objets dans lesquels ils sont impliqués. Ils présentent une situation unique de haute énergie magnétique, de champ coercitif et de température de Curie élevés. Depuis les années 1980, et malgré un prix plus important que celui des ferrites, la liste des utilisations est très longue : alternateurs, moteurs continus, générateurs à effet Hall, écouteurs des baladeurs, haut-parleurs, appareils de mesure, appareils de levage, microphones, interrupteurs, relais, moteurs pas à pas, détecteurs de métaux, etc. Au Japon et en Allemagne, ils équipent les trains à lévitation magnétique, qui atteindront des vitesses de 500 km/h.

Les aimants néodyme-fer-bore

La formule chimique de base est Nd₂Fe₁₄B, le cas échéant partiellement substituée pour augmenter ses performances. Développés à partir des années 1980 et synthétisés selon les procédés métallurgiques traditionnels, ce sont les aimants connus les plus puissants. Leur champ d'application est plus vaste encore que celui des aimants samarium-cobalt en raison de la miniaturisation extrême qu'ils permettent. Nd₂Fe₁₄B peut être préparé sous forme de poudre coercitive ; on peut la mouler et accéder à des formes variées par les techniques de la plasturgie. Bien que plus chers, ces aimants sont très utilisés dans l'imagerie médicale.

Imagerie médicale

L'imagerie par résonance magnétique (I.R.M.) est une technique datant des années 1990, alors que l'analyse et la reconnaissance des molécules chimiques plus classiques par cette technique sont connues depuis longtemps (R.M.N.). Il s'agit de repérer la réponse des protons H⁺ d'un organisme soumis à un champ magnétique variable auquel vient s'ajouter provisoirement un champ additionnel. À l'arrêt de ce champ supplémentaire, les protons se désexcitent en restituant l'énergie emmagasinée selon une cinétique qui leur est propre. L'analyse de la cinétique par des ordinateurs permet de construire une « image » de la zone étudiée, en trois dimensions ou sous forme de coupes selon n'importe quelle orientation de l'espace, contrairement au scanner. Le temps d'acquisition de l'information est inférieur à la seconde, autorisant également des études vasculaires (angio-I.R.M.). L'agent réactif est le gadolinium, fortement paramagnétique. Il est injecté par voie intraveineuse, encapsulé dans une protéine.

Autres applications (ou futures applications)

Disques magnéto-optiques. Les variations de propriétés sous champ magnétique permettent de transmettre les propriétés de la lumière (polarisation, fréquence, etc.). Il s'agit d'une des applications les plus récentes des alliages à base de terres rares. Les systèmes enregistrables et effaçables (CD-R) utilisent des alliages amorphes Gd-Tb-Co-Fe, à basse température critique. Le défi consiste ici à augmenter[...]

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Écrit par

Concepcion CASCALES : cientifico titular
Patrick MAESTRO : auteur
Pierre-Charles PORCHER : directeur de recherche au C.N.R.S.
Regino SAEZ PUCHE : professeur de chimie inorganique

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