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Le ticket de métro
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3 janvier 2010

III. Le magnétisme

Les informations sont codées sur la bande magnétique grâce à une mise en contact avec un champ magnétique. Il est donc nécessaire d'avoir quelques notions sur le magnétisme.

Un aimant (appelé aussi aimant rémanent) est un objet de matériau magnétique qui possède un pôle nord et un pôle sud : c'est un dipôle. Lorsque l'on met en présence deux aimants, ils vont s'attirer d'une manière précise : leurs pôles opposés s'attirent (Sud et Nord) tandis que leurs pôles semblables (Nord et Nord, Sud et Sud) se repoussent.

Cette force qui leur permet de s'attirer ou de se repousser est appelée magnétisme ou force magnétique.

1) Différentes sortes de magnétisme

Il existe plusieurs types de magnétisme, selon les matériaux mis en présence d'un aimant :
- le diamagnétisme, qui a toujours lieu, mais le plus souvent de si petite ampleur que l'on ne le remarque pas : le matériau est repoussé par l'aimant.
- le paramagnétisme : le matériau va acquérir en présence de l'aimant des propriétés magnétiques (il va devenir une sorte de gros aimant) et va donc être attiré par l'aimant. Mais dès que le matériau n'est plus en présence de l'aimant, il n'est plus soumis à un champ magnétique et il perd toute sa propriété d'aimant.
- le ferromagnétisme, qui a lieu lorsque le matériau se trouve être du fer, du nickel, du cobalt ou certains oxydes comme la magnétite (ils sont appelés matériaux magnétiques durs) : le matériau va s'aimanter et être attiré par l'aimant, et gardera son aimantation après même que l'on ait éloigné l'aimant.
C'est ce qu'il va se passer dans la bande magnétique du ticket de métro.


2) Les particules ferromagnétiques

Les particules d'oxyde de fer utilisés dans la bande magnétique du ticket de métro sont ferromagnétiques. Une particule ferromagnétique est capable d'être orientée par un champ magnétique extérieur et surtout de conserver cette information, de la stocker, après que le champ extérieur ait disparu.
On caractérise les matériaux utilisés pour l'enregistrement magnétique par leur courbe d'aimantation, c'est à dire l'évolution de leur aimantation M en fonction du champ extérieur appliqué H.

TPE4

On considère des particules ferromagnétiques non aimantées au départ (position a).

Au fur et à mesure que l'intensité du champ magnétique extérieur H augmente, l'aimantation M des particules augmente également puis finit par atteindre la saturation (position b).
La courbe entre les points a et b s'appelle "courbe de première aimantation". Ensuite, si l'on diminue l'intensité du champ magnétique extérieur, l'aimantation du matériau diminue elle aussi, mais ne suit pas la courbe b-a : il n'y a pas réversibilité.

Lorsque l'intensité du champ appliqué est nulle (position c) les particules conservent tout de même une certaine aimantation : leur aimantation rémanente Mr, c'est le paramètre qui caractérise l'aptitude du matériau à stocker une information magnétique : si cette aimantation rémanente était nulle, cela signifierait que le matériau se comporte de la même manière que l'on ait appliqué un champ ou non, c'est à dire que ce matériau n'a aucune capacité de mémoire et ne peut donc servir pour l'enregistrement magnétique. Un matériau ferromagnétique a donc forcément une aimantation rémanente non nulle. C'est grâce à cette position rémanente que les informations restent codées sur la bande magnétiques pendant plusieurs mois.

Si on applique maintenant un champ magnétique de sens opposé et d'intensité de plus en plus grande, on arrive (au point d) à ce que les particules soient complètement désaimantées.
Si on continue à augmenter l'intensité du champ, le matériau va finir par être totalement aimanté (position e). On a un état semblable à l'état en b mais c'est un champ de sens contraire qui les a orientés : les particules sont donc orientées dans un sens contraire.

Si on diminue l'intensité du champ, le matériau se désaimante peu à peu mais on ne revient pas sur nos pas : à nouveau non-réversibilité.

Le cycle ainsi parcouru par l'aimantation du matériau en fonction du champ magnétique extérieur appliqué se nomme cycle d'hystérésis.

3) L'électro-aimantation

On aimante donc un matériau en le soumettant à un champ magnétique. La plus simple façon d'en créer est de faire passer du courant dans un fil conducteur. En effet, un champ magnétique est alors engendré dans un plan perpendiculaire au passage du courant. L'orientation de ce champ suit le sens du courant.

Pour un champ magnétique plus puissant, on forme avec le fil conducteur une bobine. Les champs magnétiques des spires de la bobine s'additionnent en un champ magnétique uniforme au sein de la bobine, selon la formule suivante :

TPE1

TPE6

Cette technique d'utiliser l'électricité pour créer un champ magnétique et aimanter un matériau est appelée l'électro-aimantation.

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