L'intensité du champ magnétique est la mesure de l'importance d'un champ magnétique. Son unité dans le Système international d'unités est le tesla (T). On utilise parfois le gauss (G), sachant que : .
Ordre de grandeurs d'intensité de champs magnétiques
Source = cerveau humain ; champ mesuré à la surface du crâne Champ typique dans le vide interstellaire, mesuré par une sonde spatiale Source = Terre ; champ mesuré à la surface.. Source = fil rectiligne infini dans le vide parcouru par un courant de I = 10 A ; champ mesuré à une distance r = du fil (les lignes du champ sont alors circulaires centrées sur le fil) Source = aimant permanent ; champ mesuré à quelques millimètres de sa surface Source = électro-aimant à bobinage ; champ mesuré à l'intérieur Source = magnétar, un type d'étoile à neutrons
Champs magnétiques intenses Fabrication La fabrication de champs magnétiques intenses (supérieurs à 1 T) nécessite l'emploi d'un électroaimant constitué d'un bobinage de fil conducteur appelé solénoïde parcouru par un courant électrique.
Problèmes rencontrés Le dispositif de l'électro-aimant est sujet à deux limitations : l'effet Joule, qui tend à faire fondre les fils du bobinage lorsque l'énergie à dissiper sous forme de chaleur devient trop grande pour le matériau ; la « pression magnétique », action mécanique sur le bobinage résultante des forces de Lorentz sur les fils. Cette pression magnétique radiale est dirigée vers l'extérieur de la bobine et tend à faire éclater celle-ci.
Solutions techniques Pour contrer l'effet Joule, deux possibilités sont utilisées : l'utilisation d'un matériau supraconducteur sous sa température critique. Cette possibilité est limitée, car il existe un champ magnétique critique au-dessus duquel la supraconductivité du matériau disparait. le refroidissement liquide du bobinage pour évacuer l'excédent d'énergie Joule. Un débit typique de d'eau par seconde permet d'atteindre une trentaine de teslas...
Pour contrer la pression magnétique, il faut utiliser un conducteur plus solide que le cuivre et construire des renforts mécaniques extérieurs au bobinage.
Ordre de grandeurs
Champs statiques Source = électro-aimant de Faraday (1840) Source = électro-aimant de 50 tonnes installé au laboratoire Bellevue (début du ), consommant une puissance de 100 kW Source = électro-aimant à bobinage supraconducteur (début du ) Source = électro-aimant à refroidissement liquide (début du ) Source = électro-aimant hybride (supraconducteur + refroidissement liquide - début du ) consommant une puissance de 20 MW
Il n'est guère possible de faire mieux actuellement (le record obtenu en 2019 est de .). Pour aller plus haut, on utilise un courant transitoire, qui ne circule que pendant une brève durée, de façon à laisser le bobinage refroidir ensuite. On fabrique ainsi des champs dit pulsés.
Champs pulsés sans destruction de la source Source = électro-aimant monolithique renforcé (début du ) Source = bobines gigognes ( - record du mondeChristine Bohnet ; World record: The highest magnetic fields are created in Dresden, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (communiqué du 28 juin 2011).) Champs pulsés avec destruction de la source Source = bobine monospire (début du ) Source = générateur à compression de flux électromagnétique : striction axiale par forces électromagnétiques (début du ) Source = générateur magnéto-cumulatif : électro-aimant + confinement magnétique des lignes de champ par explosif (milieu du )
Articles liés Champ magnétique Magnétostatique Loi de Biot et Savart Théorème d'Ampère Équations de Maxwell
Liens externes Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI) (Grenoble)
Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI) (Toulouse)
Conférence : La physique en champ magnétique intense
Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD) (Dresde, Allemagne)
High Field Magnet Laboratory (HFML) (Nimègue, Pays-Bas)
International MegaGauss Science Laboratory (Tokyo, Japon)
Francis Bitter Magnet Laboratory (FBML) (MIT, États-Unis)
National High Magnetic Field Laboratory's Pulsed Field Facility (NHMFL-PFF) (Los Alamos, États-Unis)
National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) (Tallahassee, États-Unis)
Bibliographie Geert Rikken ; La physique en champ magnétique intense, conférence donnée à l'Université de Tous Les Savoirs (). Vidéo disponible au format Real Video.
Références
Catégorie:Magnétisme