Différences entre électroaimant et aimant permanent
Quelles différences entre un aimant permanent et un électro-aimant ?
La différence entre un aimant permanent et un électro-aimant ne se situe pas dans le fond mais dans la forme ! Autrement dit, la différence principale est dans la technologie utilisée pour produire le champ magnétique.
L'électroaimant nécessite de l'électricité pour fonctionner alors que l'aimant permanent délivre par lui-même un champ magnétique.
L'électroaimant est composé d'un fil conducteur, généralement en cuivre ou en aluminium, qui est enroulé autour d'un noyau en acier. On obtient donc une bobine. En raccordant cette bobine à une source de courant continu, on génère un champ magnétique. Plus l'intensité parcourue est forte et plus le nombre de tours est important, et plus le champ magnétique est puissant !
Le noyau, qu'il soit un cylindre ou d'une autre forme, va se polariser. Une extrémité sera nommée pôle nord et l'autre pôle sud. Le champ va sortir d'un pôle pour aller vers l'autre. Si le sens du courant est inversé, les polarités sont inversées. On utilise cette réversibilité dans les électrovannes, loquets à piston,etc.
Peu importe le sens du courant, la forme du champ et l'induction qu'il génère, restent identiques.
Un avantage considérable d'un électroaimant est qu'on peut faire varier la forme et la force de son champ par simple variation de l'intensité. Le flux magnétique d'un aimant permanent est constant, de même que sa forme. L'induction qu'il délivre est proportionnelle à sa matière et à ses caractéristiques d'origine. Par exemple, un aimant permanent en ferrite va délivrer 2000 Gauss quand un aimant néodyme-fer-bore de dernière génération va fourni jusqu'à 15000 Gauss (son Br Max). Je vous invite à lire l'article sur les différentes matières des aimants permanents (Les 5 grandes familles).
Un avantage considérable d'un aimant permanent est...qu'il est permanent ! En effet, sa matière a été soumise à un champ magnétique très puissant lors de sa fabrication. L'induction de ce champ, émis par un générateur, sature la matière. La conséquence est la modification définitive de l'orientation des molécules et une induction permanente...à vie. En réalité, suivant les nuances, les aimants permanents vont perdre 0,1 à 0,5%/an. Permanent mais pas éternel ! Toutefois, ils auront rendu de nombreux services pendant des décennies avant d'être inutilisables. Certaines usines sont encore équipées de machines industrielles magnétiques des années 70.
Les électroaimants sont également fiables sur le long terme. Un électroaimant nécessitent toutefois d'être utilisé en respectant la tension et l'intensité pour lesquelles il a été conçu. Si l'une des deux valeurs est trop forte, le fil qui compose la bobine va chauffer, et l'isolation électrique de ses spires va s'affaiblir. Il est dès lors possible que ces spires se mettent en court circuit. La résistance du bobinage en est modifiée, les caractéristiques magnétiques changent, l'armoire électrique ou la source d'alimentation peut être endommagée. Au final, la bobine chauffe jusqu'à être hors service. Il y a donc des contraintes de surveillance à adopter dans le cadre d'une utilisation d'un électroaimant. N'oublions pas non plus que l'électroaimant consomme de l'électricité, souvent pour un rendement assez faible, ce qui a un impact écologique. Les composants d'un électroaimant sont par contre recyclables, qu'il s'agisse de son noyau ou de sa bobine.
L'impact écologique est également négatif sur les aimants permanents, notamment les terres rares qui sont extraits des mines par des procédés peu vertueux, et qui sont ensuite traités par des moyens chimiques encore moins vertueux. De nouveaux procédés un peu plus "écolo-friendly" sont en phase de test industriel et seront utilisés dans la décennie 2020. De même, les premiers process de recyclages de terre rares font leur apparition.
Les aimants permanents, qu'ils soient de type céramique ou terres rares, perdent leurs propriétés magnétiques si l'on excède une température. Le point de curie est la température au delà de laquelle les molécules (ou moments) se désalignent définitivement sous l'action perturbatrice de la chaleur.
L'électroaimant peut sous certaines conditions prévues lors de sa fabrication, travailler à des températures élevées. Comme il est composé de métaux, comme l'acier ou le cuivre, ses points de Curie sont très élevés. Cependant, c'est souvent les isolants électriques qui perdent leur capacité diélectrique au fur et à mesure que la température augmente.
Aimant permanent ou électroaimant, il ne faut pas confondre leur propre capacité à résister aux températures élevées, avec la capacité que peut avoir le magnétisme à coller ou attirer une masse ferromagnétique chaude. Si un plaque d'acier ou un clou est chaud, il perdra de sa perméabilité magnétique proportionnellement à la l'élévation en température. Par exemple, même si l'électroaimant est à température ambiante mais que la plaque d'acier est à 600°C, alors le passage du flux dans la plaque diminuera d'environ 40%. C'est un point important pour la sécurité des machines et des hommes. Un aimant, permanent ou électro, peut être incapable de soulever une masse suivant qu'elle soit "froide" ou "chaude".
Le poids est différent entre un électroaimant et un aimant permanent. A induction et champ magnétique égal, un aimant en néodyme sera beaucoup plus compact et léger qu'un électroaimant composé de métaux. Ce n'est pas pour rien qu'on retrouve les néodyme dans tous les appareils nécessitant la miniaturisation, tels les smartphones et autres composants électroniques.
Enfin, le prix est différent mais il est très difficile de faire une généralité. Dans la famille des aimants permanents, on retrouve principalement les ferrites (ou céramiques), les samarium-cobalt et les néodyme-fer-bore. Entre le premier et le troisième, le prix peut être multiplié par 20 ou plus.
Si l'utilisation le permet, utiliser des ferrites sera à la fois simple de mise en oeuvre et peu coûteux.
Dans les deux cas, électroaimant ou aimant permanent, c'est souvent l'application qui fait le choix de la technologie à adopter. Quelque soit votre besoin et l'aimant qui aura votre faveur, c'est avec un bon gaussmètre qu'il faudra vérifier l'induction délivrée !