a. Principale application : les trains à lévitation magnétique

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Introduction
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I. . L La a l lé év vi it ta at ti io on n v vi ia a a ai im ma an nt ts s p pe er rm ma an ne en nt ts s e et t é él le ec ct tr ro oa ai im ma an nt ts s
a. Le magnétisme
i. Le paramagnétisme
ii. Le ferromagnétisme
iii. Le ferrimagnétisme
iv. Le diamagnétisme
b. Aimants permanents
c. Electroaimants
i. La lévitation via électroaimants
ii. Notre réalisation
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II I. . S Su up pr ra ac co on nd du uc ct ti iv vi it té é e et t l lé év vi it ta at ti io on n v vi ia a s su up pr ra ac co on nd du uc ct te eu ur rs s
a. La supraconductivité
i. L’origine de la supraconductivité
ii. Supraconducteurs et effet Meissner
b. Lien entre la supraconductivité et la lévitation magnétique
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II II I. . A Ap pp pl li ic ca at ti io on ns s
a. Principale application : les trains à lévitation magnétique
i. Le fonctionnement des trains à lévitation magnétique
1. Le MAGLEV japonais
2. Le TRANSRAPID allemand
ii. Les avantages du train à lévitation magnétique
iii. Ses inconvénients
b. Autres applications et projets
Conclusion
Bibliographie

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Introduction
La lévitation magnétique est très en vogue en ce moment du fait des nombreux projets
qui existent. Ainsi, grâce à des aimants permanents, des électroaimants ou bien encore des
supraconducteurs les inventions ne manquent pas ce qui en fait un sujet intéressant. Dans ce
dossier nous allons essayer d’aborder toutes les formes de lévitation qui existent et d’en
expliquer leur fonctionnement.
C’est pourquoi nous étudierons d’abord les aimants permanents. Puis grâce à une
réalisation nous expliquerons le fonctionnement des électroaimants. Ensuite nous étudierons
les supraconducteurs pour finir avec les projets et applications en cours mettant en avant le
phénomène de la lévitation magnétique.

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I. . L La a l lé év vi it ta at ti io on n v vi ia a a ai im ma an nt ts s p pe er rm ma an ne en nt ts s e et t é él le ec ct tr ro oa ai im ma an nt ts s
a. Le magnétisme
Il existe 3 types de magnétismes : le paramagnétisme, le ferromagnétisme, et le ferrimagnétisme.
i. Le paramagnétisme
Dans les matériaux paramagnétiques, il existe des moments magnétiques permanents, et
lorsqu'un champ magnétique extérieur est appliqué, les divers moments magnétiques présents dans
l'atome (spin, moment orbital) s'alignent dans la direction du champ. La susceptibilité magnétique est
donc positive : il y a aimantation.
Cependant, en l'absence d'un champ extérieur, alors même qu'il existe dans l'échantillon métallique des
moments magnétiques élémentaires, l'échantillon n'a pas de moment macroscopique global car, les
moments élémentaires étant orientés au hasard, le moment résultant est nul.
ii. Le ferromagnétisme
Dans les corps ferromagnétiques, les moments magnétiques sont déjà ordonnés : ils sont
parallèles entre eux sous l'effet d'un champ interne au métal appelé champ moléculaire de Weiss. Ici,
l'aimantation est présente même sans un champ excitateur.
Cependant, lorsque la température s'élève, l'agitation thermique compense de plus en plus l'effet du
champ de Weiss, les moments magnétiques se désordonnent et, au-dessus d'une température critique
Tc, la température de Curie, le métal devient paramagnétique avec une susceptibilité magnétique qui
décroît avec la température.
iii. Le ferrimagnétisme
Les ferrimagnétiques sont des matériaux dans lesquels les domaines magnétiques sont
subdivisés en région qui peuvent être alignés dans le sens opposé les uns aux autres, mais dont le
moment magnétique n'est pas nul lorsque le champ extérieur est nul.
Les corps ferrimagnétiques représentés par les ferrites, famille d'oxydes de fer particuliers, ont des
propriétés similaires aux substances ferromagnétiques : ils possèdent une aimantation résultante non
nulle en l'absence de champ magnétique extérieur et sont donc considérés comme des aimants.
Contrairement aux matériaux ferromagnétiques, les corps ferrimagnétiques sont des isolants
électriques, ce qui les rend très intéressants dans l'industrie, notamment en radioélectricité. La
magnétite, qui sert notamment à fabriquer les aimants permanents, fait partie des substances
ferrimagnétiques.

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iv. Le diamagnétisme
Le diamagnétisme est un comportement de la matière lorsque celle-ci se trouve dans un
champ magnétique. En effet ce dernier agit sur le mouvement électronique de la matière
qui diminue le champ magnétique provoqué. Cependant, cette diminution est très faible et
apparaît dans tous les matériaux hormis les supraconducteurs. Cependant, ce phénomène
est caché par d’autres effets (paramagnétisme, ferromagnétisme).
Les supraconducteurs sont dits diamagnétiques parfaits car ils offrent une grande
résistance au passage du champ magnétique. Ainsi les lignes de champ H sont déviées. Ceci
est appelé la lévitation des supraconducteurs.
Comportement d'un matériau diamagnétique placé dans un champ magnétique

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b. Aimants permanents
Les aimants permanents et les électroaimants sont certainement les outils les plus simples à utiliser
pour étudier le phénomène de lévitation magnétique. L´aimant crée autour de lui un champ
magnétique grâce à ses deux pôles. Tout aimant cherche toujours à s´orienter dans le sens de ce
champ. Un aimant possède des lignes de champs obliques. Tout objet étant attiré le sera selon ce
champ.
Une des expériences qui permettent de caractériser ce champ
est celle de la limaille de fer : on pose un aimant au milieu de
limailles de fer éparpillées et il se dessine alors ce qu'on
appelle les lignes de champ ou lignes de force. En fait, le
champ magnétique créé par l'aimant transforme chaque grain
de limaille de fer en de petits aimants qui s'alignent
naturellement selon le champ magnétique. (cf. photo ci-
contre)
Nous savons qu´en opposant deux aimants de même pôle, il
se repousse. Et bien une lévitation magnétique avec des
aimants permanents est aussi simple que cela !
Pourtant, il est impossible de faire léviter complètement un aimant permanent au-dessus d´un autre et
pour cause : lorsque deux aimants se repoussent et tant que l´on ne les lâche pas, aucun problème ne
survient, mais quand on laisse les aimants s´échapper, l´aimant en suspension se retourne pour aller se
coller contre l´autre, résultant d´une attirance entre les pôles sud et nord des deux aimants.
Mais il est tout de même possible de faire léviter un objet avec des aimants fixes. L´exemple le plus
flagrant est celui du LEVITRON : il s´agit d´une toupie aimantée qui est en rotation et en lévitation
au-dessus d´une base aimantée.
Ce mode de lévitation n’est possible que si on le contrôle totalement.