Le projet Heusler vise à produire des aimants permanents qui, contrairement aux aimants permanents actuels, ne contiennent que des métaux facilement disponibles.
Les aimants permanents puissants sont indispensables pour de nombreuses applications techniques, par exemple dans le diagnostic médical, la production d'énergie ou l'électromobilité. Actuellement, des alliages contenant des métaux de terres rares sont utilisés à cette fin. Leurs ressources sont limitées. Par conséquent, les chercheurs du projet Heusler recherchent des composés du même nom dans lesquels divers métaux, essentiellement non magnétiques, forment un matériau magnétique permanent.
Parfois, la recherche scientifique touche à la grande politique mondiale. Le projet Heusler en est un exemple. Les scientifiques de l'Institut Max Planck pour la physique chimique des solides et la physique des microstructures ainsi que de l'Institut Fraunhofer pour la mécanique des matériaux IWM recherchent des composés chimiques qui peuvent même être entièrement constitués d'éléments non magnétiques et qui conviennent toujours comme aimants permanents. Des aimants permanents puissants sont nécessaires dans les moteurs électriques, dans les scanners d'imagerie par résonance magnétique, dans les éoliennes et pour le stockage des données. De tels aimants contiennent aujourd'hui des métaux des terres rares qui portent des noms mélodieux tels que samarium ou néodyme. C'est exactement là que la science des matériaux devient une question politique. Parce qu'aujourd'hui presque tous les métaux rares proviennent de Chine. L'enthousiasme de nombreuses entreprises et politiciens du monde entier a été d'autant plus grand que le pays a restreint l'exportation de terres rares en 2010 pour des raisons de protection de l'environnement, comme on l'a dit.
Même si la Chine a maintenant levé les restrictions sur les exportations, les scientifiques du projet Heusler veulent mettre fin à leur dépendance aux terres rares et à la politique d'exportation chinoise. «Nous recherchons de nouveaux aimants permanents fabriqués à partir de matériaux facilement disponibles», explique Claudia Felser, directrice de l'Institut Max Planck de physique chimique des solides à Dresde et l'une des coordinatrices du projet de recherche. «Et nous ne recherchons de tels matériaux nulle part, mais parmi les composés Heusler.» Les composés Heusler sont souvent constitués de métaux non magnétiques tels que le manganèse, le cuivre, le gallium, l'étain ou l'aluminium. En raison de leur interaction chimique, ces métaux peuvent adopter des propriétés magnétiques. Les composés magnétiques Heusler peuvent également contenir des métaux magnétiques tels que le cobalt, le nickel ou le fer.
Les composés appropriés sont d'abord simulés puis synthétisés
Après une combinaison de différents métaux, dont l'attractivité n'est pas inférieure aux aimants permanents actuels, les scientifiques recherchent de manière très systématique une coopération. «Nous calculons d’abord les composés qui pourraient avoir les propriétés souhaitées», explique Eberhard Groß, directeur à l’Institut Max Planck de physique des microstructures de Halle an der Saale. Cela dépend non seulement du choix des éléments, mais également du rapport de mélange exact. L'équipe autour de Claudia Felser synthétise ensuite les composés, qui se sont révélés prometteurs lors de simulations.
"Pour les connexions magnétiques douces, les prévisions théoriques fonctionnent très bien", déclare Eberhard Groß. Les matériaux magnétiques doux ont souvent un moment magnétique élevé et peuvent être magnétisés et démagnétisés même par de petits champs magnétiques. Ce dernier est une fonctionnalité bienvenue dans de nombreuses applications, par exemple dans les générateurs conventionnels, mais pas dans les aimants permanents. Celles-ci sont dures magnétiques, elles ne peuvent donc être magnétisées et démagnétisées qu'avec des champs magnétiques élevés. Cependant, les matériaux magnétiques durs n'ont souvent qu'un petit moment magnétique. "Nous voulons les deux: un grand moment magnétique qui ne peut être inversé qu'avec un puissant champ magnétique", a déclaré Claudia Felser.
Pour les aimants durs, la microstructure est importante
C'est ici qu'intervient Thomas Höche, scientifique à l'Institut Fraunhofer de mécanique des matériaux IWM à Halle, et ses collaborateurs. Ils savent comment la microstructure d'un matériau affecte ses propriétés. "Surtout avec des matériaux magnétiques durs, cela joue un rôle important", déclare Claudia Felser.
Un matériau qui peut être fortement magnétisé avec des champs magnétiques puissants, ont déjà trouvé les chercheurs à Claudia Felser, mais il ne possède qu'un moment magnétique en train de disparaître. En tant qu'aimant permanent, le matériau ne convient donc pas encore. Il contient également du platine et du gallium et deux matériaux qui ne sont pas facilement disponibles. Cependant, les chercheurs ont déjà commencé à utiliser ce matériau. D'autres combinaisons de métaux envisagées répondent mieux aux exigences.
"Mais il ne s'agit pas seulement de trouver un matériau unique pouvant remplacer les aimants permanents en terres rares", déclare Claudia Felser. "Nous voulons tellement bien comprendre la physique chimique des composés Heusler que nous pourrons ajuster spécifiquement leurs propriétés." S'ils atteignent cet objectif, les partenaires ne craindront pas qu'une combinaison prometteuse soit dépassée par la coïncidence d'un autre groupe. Parce que la recherche systématique devrait les aider à trouver eux-mêmes la composition optimale. Et quand ils les trouvent, les collègues de Fraunhofer sont à nouveau en demande. Ils ont également beaucoup d'expérience dans l'utilisation de matériaux à potentiel économique.
Source: http://www.mpg.de/9390334/heusler-permanent-magnet
Texte: Peter Hergersberg
