LA DANSE DES FERROFLUIDES

La danse du ferrofluides 1
LA DANSE DES FERROFLUIDES
Sommaire
Introduction
1. Découverte des ferrofluides ............................................................................................. 3
1.1 L’œuvre de Sashiko Kodama. .............................................................................. 3
1.2 Mais au fait, c’est quoi un ferrofluide ? ............................................................. 3
1.3 Vous avez dit ferromagnétique ou ferrimagnétique ? .................................... 4
1.4 Mais qu'est-ce donc que le superparamagnétisme ? ……………………...…6
2. Signal sonore trop faible................................................................................................... 4
2.1 Signal sonore................................................................................................................. 4
2 .2 Le diviseur de fréquence............................................................................................ 5
2.3 Amplification du signal .............................................................................................. 5
3. Recherche d’électroaimants et d’aimants adaptés........................................................ 5
3. 1 L’aimant droit............................................................................................................... 5
3.2 Les solénoïdes ............................................................................................................... 7
4. Synthèse d’un ferrofluide aqueux, observation du comportement.......................... 8
4.1 La synthèse. ................................................................................................................... 8
4.2 Hauteur des piques ...................................................................................................... 9
4.3 La danse du ferrofluide............................................................................................... 9
4.3 Expérience sur le suivi de la fréquence.................................................................... 9
5. Synthèse d’un ferrofluide organique ........................................................................... 10
5. 1 La synthèse ................................................................................................................ 10
5. 2 Formation de dômes................................................................................................. 10
6. Ferrofluide bloqué ..........................................................................................................10
6.1 Qu’est-ce que c’est ? ............................................................................................. 10
6.2 Hauteur des piques .............................................................................................. 10
6.3 Nombre de piques................................................................................................ 11
7. Conclusion générale ........................................................................................................11
8. Annexes : ........................................................................................................................... 13
Annexe I : Cristallographie............................................................................................. 13

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Annexe II : Le superparamagnétisme, et le ferrofluide bloqué .............................. 16
Annexe III : Un ferrofluide contre le cancer…………………………………………36

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Introduction
Notre projet a donc été inspiré par l’œuvre de Sachiko Kodama, « Equilibrium
Point »(2006). Ayant eu la chance de pouvoir admirer cette œuvre au centre d’art moderne de
la Reina Sofia à Madrid, lorsque nous avons eu pour projet de participer à un atelier
scientifique, nous avons songé à cette œuvre et décidé de nous plonger dans une étude
scientifique des ferrofluides. Nous avons ainsi eu besoin d’embrasser plusieurs domaines.
L’art tout d’abord et l’œuvre de Sachiko Kodama, comprendre comment la science a pu
servir son art, la chimie ensuite avec la synthèse des ferrofluides, et le magnétisme pour
arriver à comprendre comment il était possible d’influencer le mouvement du ferrofluide.
« La danse du ferrofluide » pouvait commencer.
1. Découverte des ferrofluides
1.1 L’œuvre de Sashiko Kodama.
Shachiko Kodama est née au Japon en 1970. Elle vécut son enfance dans l’extrême
Sud du Japon. Sachiko aime l’art et la littérature depuis sa plus tendre enfance, mais
s’intéresse également beaucoup aux sciences. Après avoir décroché un diplôme de sciences à
l’université d’Hokkaido, en 1993, elle étudie l’art à l’Université de Tsukuba, plus précisément
les arts plastiques et le multimédia. Elle se consacre également à l’informatique et aux
hologrammes. En 2000, dans le cadre de son doctorat, elle travaille sur les ferrofluides et
appelle son premier projet "Protrude, Flow". Le mouvement dynamique des liquides est le
thème de son projet.
« Equilibrium Point »(2006). Est une œuvre qui utilise les ferrofluides, le son et les images en
mouvement. Les patrons tridimensionnels du ferrofluide se transforment de diverses façons
induites par les sons de la voix des spectateurs.
Instantanément les mouvements du fluide et ses transformations dynamiques se projettent
sur un grand écran. Parfois le fluide apparaît comme des montagnes, et d’autres fois comme
des torrents.
C’est à l’aide d’un microphone suspendu qui capte les sons de la pièce que le fluide bouge.
Un ordinateur convertit l’amplitude du son en tension électrique qui alimente les électro-
aimants, qui eux-mêmes déterminent le champ magnétique auquel est soumis le fluide.
1.2 Mais au fait, c’est quoi un ferrofluide ?
Les ferrofluides sont des suspensions colloïdales de
particules ferromagnétiques ou ferrimagnétiques d'une taille de
l'ordre de 10 nanomètres dans un liquide, en général un solvant
ou de l'eau. Ces liquides réagissent à un champ magnétique
extérieur et se hérissent de pointes dont la topologie varie selon
les paramètres du champ, le comportement d’un ferrofluide est
dit superparamagnétique. L’origine du magnétisme des ferrofluides
sera développée en annexes.

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Les ferrofluides sont composés de nanoparticules de magnétite ou d'hématite, et
Morpho Tower (2006)
comprennent souvent des ions Fer (II) (Fe2+) ou Fer (III) (Fe3+). Ces particules sont des
cristaux solides.
Nous avons au cours de nos manipulations utilisé deux types de ferrofluides
composés de particules de magnétite ferrimagnétique, l’un dit aqueux (c'est-à-dire
dont le solvant est l’eau), et l’autre dit organique (dont le solvant est de nature
organique, par exemple une huile), aussi nous concentrerons nous sur nos
observations.
1.3 Vous avez dit « ferromagnétique ou ferrimagnétique » ?
Il existe des métaux ferromagnétiques et des métaux ferrimagnétiques, les deux types
de matériaux réagissent à peu de choses près de la même manière à un champ magnétique,
mais en général on préfère employer des matériaux ferromagnétiques dans la création des
aimants, en effet le champ rémanent d’un matériau ferromagnétique est plus important que
celui d’un ferrimagnétique. Un matériau n’est ferromagnétique, ou ferromagnétique qu’en
deçà d’une température dite de Curie, au dessus de la dite température il devient
paramagnétique. Nous verrons dans les annexes les différences entre ferromagnétisme et
ferrimagnétisme ainsi que l’interprétation de la température de Curie, à un niveau microscopique.
1.4 Et qu’est-ce donc que le superparamagnétisme ?
On a donné au comportement du ferrofluide le nom de superparamagnétisme,
l’emploi du terme superparamagnétique est dut au fait qu’on observe un ensemble de
particules dites monodomaines, de dimension nanométrique, dans un fluide porteur, le
comportement global du ferrofluide s’apparente a un comportement paramagnétique mais
pour des températures plus élevées et en champ faible, il est de fait dit
superparamagnétique.
2. Signal sonore trop faible
2.1 Signal sonore
Nous avons, tout au long du projet, avancé en grande partie avec l’aide des
enseignants-chercheurs de l’INSA, et plus précisément du LPCNO (laboratoire de Physique
et Chimie des nano-objets). Notre projet originel eut pour but d’animer un ferrofluide en
fonction de données sonores.
En effet les sons sont des ondes mécaniques périodiques ; un son simple, enrichi de
peu d’harmoniques, est quasiment sinusoïdal et peut être capté, via un microphone, qui
transforme l’onde mécanique en courant électrique. Celui-ci, amplifié, peut alimenter un
électroaimant, on se retrouve alors avec un ferrofluide « dansant » avec la musique.
Ci-contre : quatre représentations d’ondes sonores, tout d’abord l’onde brute, difficilement
transformable en un signal électrique utilisable dans nos expériences car présentant trop de variations,
puis l’onde fondamentale isolée qui est celle qu’on voudrait représenter au moyen du ferrofluide, et

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enfin les harmoniques de rang trois et cinq de fréquences respectivement le triple et le quintuple de la
fréquence fondamentale.
Plusieurs problèmes se sont alors posés, il y eut tout d’abord un problème lié à la fréquence
des sons, un son audible pour l’oreille humaine est de fréquence entre 20 et 20 000 Hz, or les
enseignants-chercheurs de l’INSA ont affirmé qu’un ferrofluide ne pourrait pas se mouvoir à
de telles fréquences.
2 .2 Le diviseur de fréquence
C’est ainsi que nous en sommes venus à chercher un moyen de diviser la fréquence
des sons, afin de rendre possible notre expérience, quelques recherches nous ont permis de
découvrir l’existence de diviseurs de fréquences rendant possibles nos expériences
musicales, avec des sons cependant simples, les sons plus complexes demanderaient en effet
d’être traités, modélisés au préalable.
Ci-contre : schéma électronique d’un diviseur de fréquence par 2,
vendu dans le commerce et donné à titre indicatif.
Se posaient encore d’autres problèmes, tels que le
système d’amplification du signal électrique.
2.3 Amplification du signal
Il nous a fallu à ce stade moduler le projet suite à de trop grandes difficultés pour
l’amplification du signal, il semblait de plus assez difficile d’amplifier suffisamment un
signal électrique sortant d’un microphone pour alimenter un électroaimant sans modifier le
signal.
3. Recherche d’électroaimants et d’aimants adaptés
3. 1 L’aimant droit
Nous avons voulu en premier lieu nous doter d’aimants droits permettant de faire se
mouvoir le ferrofluide, nous allons ici rappeler quelques lois fondamentales des aimants
droits, permettant notamment de trouver les aimants les plus adaptés (les plus puissants, car
: qui peut le plus, peut le moins) à nos expériences.
Rappelons que chaque aimant possède deux pôles, l’un dit « Nord » l’autre dit
« Sud ». Deux pôles de même dénomination se repoussent tandis que deux pôles différents