Le magnétisme est un phénomène qui possède de nombreuses applications, y compris dans la vie courante. Cet article a pour vocation d'établir une liste explicative de ces dernières, certes non exhaustive, mais évoquant les principales et les plus communes. Elles sont ci-dessous regroupées en catégories détaillées dans le sommaire.
Applications au quotidien Les plaques à induction
Des bobines alimentées en courant alternatif génèrent un champ magnétique oscillant sur le fond ferromagnétique des casseroles. Puisque toute variation temporelle du flux magnétique traversant un matériau ferromagnétique y induit des courants de Foucault, il s’établit un courant dans le fond de la casserole. Cette mise en mouvement des électrons par force de Lorentz entraine une dissipation d’énergie par effet Joule, et donc chauffe la casserole.
La recharge par induction des batteries : brosses à dents, téléphones… Suivant le même principe, la bobine située sur le socle de recharge induit des courants de Foucault, cette fois-ci dans une seconde bobine située proche de la batterie de l’appareil à charger. Ces courants induits peuvent ainsi alimenter la batterie et la recharger. Pour obtenir un maximum de rendement, il est nécessaire d’aligner au mieux les bobines.
Au niveau industriel, la norme Qi est la plus répandue avec plus de 200 entreprises qui l’utilisent. On peut citer notamment : Belkin, Freescale, Haier, HTC, IKEA, LG, Microsoft, Motorola, Nokia, Panasonic, Samsung, Sony, TDK, Texas Instruments. À la date du , la puissance maximale capable d’être transmise à un téléphone compatible est de . Le rendement entre le courant secteur et la batterie est d’environ 52 % contre 65 % en filaire.
Applications de l’électroaimant
Un électroaimant est un aimant pour lequel le champ magnétique est produit à partir d’un courant électrique. La manière la plus simple de réaliser un électroaimant est d’enrouler un fil conducteur autour d’un matériau ferromagnétique ou ferrimagnétique et l’alimenter. Ainsi le champ magnétique créé par le courant circulant dans le bobinage est porté par le cœur magnétique.
De nombreuses applications utilisent des électroaimants : séparateurs magnétiques, déplacements de matériaux ferreux dans l’industrie du recyclage ou de la maintenance ferroviaire, etc. Un exemple simple : le loquet de porte à électro-aimant.
thumb|Champ magnétique d'un électroaimant Cette application peut être schématisée comme ci-contre :
Sur la partie fixe de la porte, il y a l’électroaimant et sur la porte, un matériau ferromagnétique ou ferrimagnétique permettant de fermer le circuit.
La force exercée par le champ magnétique est : ,avec : l'induction magnétique générée par le système : la section du cœur magnétique : la perméabilité magnétique du cœur magnétique avec la perméabilité du vide
- Facilité d’installation par rapport aux systèmes mécaniques haute sécurité. - Rapidité de verrouillage / déverrouillage : Verrouillage instantané lorsque l’alimentation est coupée.
- Besoin constant d’une source d’alimentation. - Problème de sécurité puisque la porte restera fermée s’il y a une coupure de courant.
Les disques durs
Le stockage de l’information se fait en utilisant l’orientation de domaines magnétiques d’un film fin ferromagnétique déposé sur un disque. La taille de ces derniers est de l’ordre de 20 nm. Sur un même bras mécanique sont disposées la tête de lecture et la tête d’écriture. Cela permet à ces dernières de se positionner à n’importe quel endroit du disque en rotation pour qu’elles réalisent leurs actions.
La tête de lecture la plus basique est une tête inductive constituée d’un électroaimant. Lorsqu’une zone magnétique passe à proximité de l’électroaimant, un courant électrique se forme dans le bobinage. Suivant la succession des régions magnétiques, le champ créé est plus ou moins intense, tout comme le courant induit .
vignette|center|Schéma de fonctionnement d'une tête de lecture|319x319px Les têtes de lecture les plus récentes sont constituées de capteurs GMR et TMR, exploitant respectivement les effets de magnétorésistance géante et de magnétorésistance à effet tunnel (voir ci-dessous le paragraphe « capteurs magnétorésistifs »). La variation du champ magnétique dans le disque influe sur la résistance électrique du matériau composant la tête de lecture. Ces têtes de lecture ont l’avantage, par rapport aux têtes inductives, d’être plus petites. Néanmoins, il est nécessaire d’effectuer un blindage magnétique autour du matériau magnétorésistif afin que seules les variations de champ magnétique du disque l’influencent. Avec cette méthode, la résolution entre deux pistes est limitée par la taille de l’élément magnétorésistif dans la tête de lecture.vignette|upright=0.8|Cycle d'hystéresis d'un matériau ferromagnétique
La tête d’écriture est le plus souvent inductive. Constituée d’un électroaimant, cette dernière peut, suivant le sens du courant dans la bobine, appliquer aux différents domaines du disque des champs magnétiques opposés. L'objectif étant d’appliquer un champ magnétique assez fort pour dépasser l’aimantation rémanente du matériau ferromagnétique et ainsi permettre au domaine magnétique de garder son aimantation en absence de champ magnétique.
Des recherches sont effectuées depuis les années 90 sur des molécules ayant leur propre aimantation : les aimants moléculaires. A basse température, ces molécules ont des propriétés similaires à celles des aimants et peuvent ainsi être considérées comme des particules magnétiques de très petite taille, idéales pour mettre en place de meilleurs dispositifs de stockage d'informations.
La bande magnétique
vignette|Bande magnétique vignette|Cassettes magnétiques De par la robustesse de son stockage, son faible coût et sa grande capacité de stockage, la bande magnétique est idéale pour archiver des données. D'autant plus que ce procédé de stockage présente un gros avantage dans l'archivage longue durée : il n’est pas sujet aux pannes mécaniques que peuvent rencontrer les disques durs.
On peut la trouver sous différentes formes : bandes magnétiques en bobine libre (bandes maintenues par le seul noyau), bandes en cassette, cartouches de bandes magnétiques. Lorsqu'il est question de stockage longue durée, il faut s'assurer de la robustesse du procédé. Le facteur limitant la durée de vie de la bande magnétique est l’altération dans le temps des particules magnétiques.
Cette altération dépend fortement de la température d'entreposage.La stabilité thermique des particules magnétiques est estimée par la formule suivante : avec
: la constante de l’isotropie de la particule
: le volume moyen de la particule
: la constante de Boltzmann
: la température en kelvins
Si ce ratio est supérieur à 65, la stabilité thermique peut faire espérer une durée de vie de 30 ans. Les disques durs magnétiques ont un coefficient compris entre 45 et 60 alors que celui des bandes magnétiques ont un ratio bien supérieur à 100. IBM, Fujifilm et Oracle ont annoncé une durée de vie de 30 ans pour une bande magnétique à base de ferrite de Barium.
Applications médicales
Imagerie et caractérisation médicale
L'imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM) est l'application, la plus connue du grand public, de la résonance magnétique nucléaire (RMN) en imagerie médicale. Elle permet d'avoir une vue 2D ou 3D d'une partie du corps, notamment du cerveau. thumb|Machine IRM La RMN est associée à une propriété de certains atomes lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique. Cet effet est essentiellement utilisé comme une méthode spectroscopique d’analyse de la matière. La RMN met en jeu des rayonnements électromagnétiques de très faible énergie, elle permet ainsi un examen extrêmement détaillé et non destructif pour l’échantillon. Les atomes dont le noyau présente un nombre impair de protons et de neutrons, possèdent un spin nucléaire, c'est-à-dire un nombre quantique de spin non nul. Placés sous un champ magnétique, ces isotopes atomiques peuvent avoir deux états distincts. En appliquant un rayonnement adapté, un photon pulsé va faire osciller le noyau d’un état d’énergie à l’autre : on parle de résonance. En retournant à son niveau d’équilibre, le noyau émet un photon. Ce rayonnement, en plus d'indiquer la présence du noyau, peut également donner des informations sur l'environnement de la molécule. Dans le cas de l'IRM, on utilise l'atome d'hydrogène présent dans l'eau () des cellules organiques.
De la même manière qu’un électroencéphalogramme, le magnétoencéphalogramme mesure le champ magnétique induit par l’activité électrique des neurones du cerveau. Ces champs magnétiques extrêmement faibles sont mesurés à l’aide de magnétomètre SQUID, un appareil de mesure doté d’une boucle supraconductrice, refroidie à l’hélium liquide. La MEG permet de suivre l’évolution au cours du temps d’un message nerveux. Elle est utilisée également pour le diagnostic précoce des maladies neurodégénératives (Alzheimer et Parkinson) ou pour spécifier des cas d’épilepsies.
La résonance paramagnétique électronique est un phénomène analogue à la résonance magnétique nucléaire et concerne les électrons non appariés. Cet effet est également utilisé comme méthode spectroscopique pour mettre en évidence la présence de ces électrons. Il est possible, par exemple, d’en déduire la structure d’une molécule. Cette technique est couramment utilisée comme moyen d’analyse d’échantillons biologiques.
Nanoparticules magnétiques et ferrofluides thumb|Ferrofluide composé de nanoparticules magnétiques L’autre champ d’application du magnétisme dans le domaine médical est celui de l’utilisation des nanoparticules magnétiques dans le cadre thérapeutique. En constant développement, de telles particules présentent l’avantage de pouvoir être contrôlées à distance ou d’émettre une grande quantité d'énergie thermique sous l’application d’un champ magnétique. On appelle ferrofluide, un fluide magnétique stable composé de nanoparticules ferromagnétiques de diamètre compris entre 5 et 12 nm et dispersées dans une phase liquide (aqueuse ou organique). Le développement de la bio-nanotechnologie permet l’utilisation de nanoparticules magnétiques comme supports de biomolécules pour différentes applications in vitro, elles sont utilisées comme supports solides pour l’extraction, la purification, la concentration et le transport de biomolécules ou tout simplement comme outil de détection; in vivo, comme des agents de contraste pour des diagnostics, le traitement de cancer et la libération de molécules actives (thérapeutique). Le traitement de tumeurs cancéreuses par hyperthermie magnétique est l’application la plus ambitieuse. L'injection d'un ferrofluide dans des cellules cancéreuses entraine l’échauffement de ces dernières sous l’action d’un champ magnétique, ce qui permet de les détruire.
Applications liées au transport
Train à sustentation magnétique Depuis le tout premier chemin de fer, peu de choses ont changé en termes de concepts techniques de base : les trains sont toujours soutenus, guidés et propulsés par les roues. Mais un nouveau système de trains a fait son apparition : ce sont les trains à lévitation magnétique, qui sont soutenus, propulsés et guidés par la seule force électromagnétique. Ce nouveau concept présente de nombreux avantages grâce à sa technologie révolutionnaire dite de " non-contact ".
Un train à sustentation magnétique est un train monorail utilisant les forces magnétiques pour se déplacer. Deux principaux types de trains à sustentation existent. thumb|249x249px|Train à sustentation magnétique Maglev