L'objectif est de mesurer l'aimantation rémanente d'aimants du commerce afin de vérifier dans quelle mesure ils sont conformes aux spécifications fournies par le vendeur. Ceci peut en théorie être fait avec un gaussmètre mais la mesure est assez difficile à faire en pratique parce que le champ magnétique varie très rapidement en fonction de la distance à la surface de l'aimant. L'approche retenue ici est de mesurer la distance entre deux (ou plus) aimants de même type lorsqu'un aimant est mis en lévitation par l'autre (ou les autres). La force de répulsion est alors égale au poids de l'aimant en suspension. On peut alors déduire par un calcul (compliqué) l'aimantation rémanente des aimants à partir de la distance entre les aimants, du poids d'un aimant (avec le guide associé), et des dimensions des aimants.
La configuration de deux aimants en situation de répulsion est instable. Les deux aimants auront tendance à se retourner pour rejoindre une configuration dans laquelle ils s'attireront et ils finiront par s'écraser l'un sur l'autre. Pour empêcher la rotation des aimants et pour les maintenir en configuration de répulsion, les aimants sont contraints en les plaçant dans une boîte et un bloc de mousse (polyuréthane) est attaché à celui qui est en lévitation pour empêcher sa rotation. Le ou les aimants placés au fond de la boîte n'ont aucun degré de liberté et l'aimant en lévitation a seulement un degré de liberté correspondant à un déplacement vertical. La boîte est transparente, elle est graduée et elle intègre un vernier mobile (comme sur un pied à coulisse) pour une mesure précise de la distance entre les aimants. Les frottements sont réduits au minimum et il suffit de tapoter sur la boîte pour que l’aimant se stabilise bien à sa position d’équilibre
Le calcul pour déduire la magnétisation rémanente est un peu compliqué. Je prévois de le décrire dans un article une fois mis au propre. On part d’un calcul simple basé sur les moments magnétiques sur lequel on fait plusieurs corrections pour prendre en compte différents effets comme le fait que les aimants ont une extension spatiale, le phénomène de démagnétisation, le revêtement de surface, la courbure des arrêtes, etc. Au final, le résultat du calcul est en excellent accord avec une simulation COMSOL faite par David Cébron à ISTerre. L’avantage d’une telle mesure globale par rapport à des mesures ponctuelles au Gaussmètre est qu’on n’a plus le problème de la localisation précise des différents points de mesure. La source principale d’incertitude de mesure est celle de la distance entre les aimants. Pour réduire l’incertitude relative, il est possible d’utiliser une pile d’aimants à la base plutôt qu’un seul, ce qui augmente la hauteur de lévitation (tous les aimants sont identiques).
La première expérimentation a été effectuée avec des aimants spécifiés en N52 avec une magnétisation rémanente (Br) de 1.48 T, de taille 50 mm x 10 mm x 4 mm, et avec un revêtement époxy. Une pile de trois aimants a été placée au bas de la boîte et un seul en lévitation. La mesure avec la boîte a donné une valeur de 1.33±0.03 T, ce qui correspondrait plutôt à un grade en N45. Si on prend le meilleur cas, le ratio entre la valeur mesurée et la valeur vendue est de 136/148 ~ 0.92 (ou 133/148 ~0.90 pour le cas typique), ce qui n’est pas si mal.