Les aimants

1. Qu'est-ce qu'un aimant ?

Un aimant est un objet capable d'attirer le fer et de s'orienter dans une direction précise quand il peut tourner librement. Il existe des aimants naturels (une roche appelée magnétite) et surtout des aimants artificiels, fabriqués en acier ou en alliages spéciaux. Ils ont diverses formes : aimant droit (barreau), aimant en U, aimant en disque, aiguille aimantée.

2. Les pôles d'un aimant

Si on plonge un aimant droit dans de la limaille de fer, elle s'accroche surtout à ses deux extrémités, presque pas au milieu. Ces deux zones où l'action est la plus forte s'appellent les pôles de l'aimant.

Si on suspend l'aimant par son milieu à un fil (ou si on le pose sur un bouchon qui flotte), il tourne puis s'arrête toujours dans la même direction : une extrémité montre le Nord géographique, l'autre le Sud. On appelle :

• pôle nord (N) : l'extrémité qui se tourne vers le Nord géographique ;
• pôle sud (S) : l'autre extrémité.

Tout aimant possède un pôle nord et un pôle sud. Si on casse un aimant en deux, on n'obtient pas un pôle nord seul et un pôle sud seul, mais deux aimants complets, chacun avec son pôle nord et son pôle sud.

3. Les interactions entre deux aimants

En approchant les pôles de deux aimants, on observe :

• deux pôles de même nom (N et N, ou S et S) se repoussent ;
• deux pôles de noms différents (N et S) s'attirent.

Ces forces s'exercent à distance, sans contact, et même à travers le papier, le bois, le plastique ou l'eau. Elles sont d'autant plus fortes que les aimants sont proches.

Attention : l'attraction ne permet pas de savoir si un objet est un aimant, car un aimant attire aussi un simple morceau de fer. Seule la répulsion prouve que les deux objets sont des aimants.

4. Matériaux magnétiques

Un aimant n'attire que certains matériaux, dits magnétiques (ou ferromagnétiques) : le fer, l'acier (alliage de fer), le nickel et le cobalt. Il n'attire pas l'aluminium, le cuivre, l'or, l'argent, le bois, le plastique, le verre ni le papier.

C'est ce qui permet à l'oncle d'Ousmane de séparer le fer de l'aluminium et du cuivre. Dans les usines de recyclage, on utilise ce même tri magnétique.

Aimantation. Un morceau de fer ou d'acier placé près d'un aimant devient lui-même un aimant : c'est l'aimantation par influence. On peut aussi aimanter une aiguille d'acier en la frottant plusieurs fois, toujours dans le même sens, avec un pôle d'un aimant.

• Le fer doux (fer presque pur) s'aimante facilement mais perd son aimantation dès qu'on éloigne l'aimant : aimantation temporaire.
• L'acier s'aimante moins facilement mais garde son aimantation : aimantation permanente. On fabrique les aimants en acier ou en alliages spéciaux.

Un aimant peut perdre son aimantation s'il est fortement chauffé ou reçoit des chocs violents.

5. La boussole

Une boussole contient une petite aiguille aimantée qui peut tourner librement sur un pivot. Loin de tout aimant et de tout objet en fer, son pôle nord (souvent peint en rouge ou en bleu) indique la direction du Nord géographique. La Terre se comporte en effet comme un immense aimant.

Les voyageurs, les marins de Kamsar et de Conakry et les géomètres l'utilisent pour s'orienter. Près d'un aimant, en revanche, l'aiguille est déviée : la boussole sert alors à détecter l'action d'un aimant.

6. Le champ magnétique et le spectre magnétique

Un aimant modifie l'espace autour de lui : on dit qu'il crée un champ magnétique. On peut le « voir » grâce à une expérience simple :

La figure obtenue s'appelle le spectre magnétique. Les lignes dessinées par la limaille sont les lignes de champ. Par convention, elles sont orientées : à l'extérieur de l'aimant, elles sortent du pôle nord et entrent par le pôle sud. Les lignes sont plus serrées près des pôles, là où le champ est le plus fort.

Une petite aiguille aimantée posée sur une ligne de champ s'oriente le long de cette ligne, son pôle nord indiquant le sens de la ligne. Pour un aimant en U, entre les deux branches, les lignes sont presque parallèles : le champ y est à peu près le même partout (on dit qu'il est uniforme).