La principale difficulté pour générer un champ magnétique très intense est de contenir les forces colossales auxquelles sont soumis les matériaux constituants les électroaimants. Ces derniers sont des bobinages de métaux conducteurs, alliages ou composites à base de cuivre, dont certains sont élaborés au sein même du laboratoire, renforcés par des enroulements de fibres polymères de Zylon®. Tous ces matériaux aux performances mécaniques exceptionnelles sont mis en œuvre avec le plus grand soin dans les ateliers du LNCMI lors de la fabrication de ses bobines. Celles-ci préalablement refroidies à -196 °C dans de l'azote liquide, sont connectées à des générateurs pulsés constitués de batteries de condensateurs, chargés à des tensions pouvant atteindre 24 kilovolts, qui génèrent des courants de plusieurs dizaines de milliers d'ampères pendant une fraction de seconde. Ces électroaimants doivent alors résister aux contraintes mécaniques extrêmes que leur impose le champ magnétique produit.

Avec une intensité de 98.8 T (Fig. 1) (cliquer sur l'image pour agrandir) , obtenue sur son site toulousain le LNCMI vient de décrocher le record d'Europe de champ magnétique pulsé non destructif. Le précédent record de 95.6 T avait été atteint en octobre 2016 par le Hochfeld-Magnetlabor de Dresde (HLD) par ailleurs partenaire du LNCMI au sein de l'European Magnetic Field Laboratory (EMFL). Pour obtenir ce résultat il a fallu associer trois bobines concentriques alimentées par les trois principaux générateurs du laboratoire.

Fig. 1

Profil temporel de l'impulsion de champ magnétique. En abscisse seulement 400 millisecondes sont représentées la décroissance du champ magnétique se poursuivant sur près d'une seconde. L'insert représente un zoom sur l'impulsion de la bobine centrale celle-ci étant la plus rapide sera le facteur limitant lors de l'utilisation de ce système comme outil pour la recherche.

Cette construction unique au monde, représentée (Fig. 2) (cliquer sur l'image pour agrandir) , permet de surpasser les systèmes utilisant deux électroaimants comme ceux développés à Dresde ou à Wuhan en Chine atteignant respectivement 95.6 et 90.6 teslas.

Fig. 2

Photo de l'électroaimant pulsé avant son installation sur le site de mesure. Il mesure environ 70 centimètres de diamètre et pèse près de 600 kilogrammes alors que la zone dans laquelle est généré le champ maximal n'est que de quelques centimètres cube dans le trou central où auront lieu les mesures physiques. L'énergie magnétique qui sera stockée pendant l'impulsion est équivalente à celle contenue dans plusieurs kilogrammes de TNT. Le LNCMI dispose de sites sécurisés pouvant résister en cas d'une rupture mécanique du bobinage sous l'effet des forces magnétiques.

L'objectif affiché étant de dépasser la barre symbolique des 100 teslas et le record du monde de 100.75 teslas détenu depuis juin 2012 par les Américains du Los Alamos National Laboratory. Les ingénieurs du LNCMI travaillent maintenant pour décrocher ce record plus tard cette année.

Cet électroaimant est avant tout un outil pour la recherche scientifique, en particulier pour l'exploration des propriétés fondamentales de la matière et la durée de l'impulsion offerte par le dernier né des aimants du LNCMI le place au dessus de ses concurrents, comme le montre la Fig. 3 (cliquer sur l'image pour agrandir) , facilitant ainsi les mesures physiques qui seront effectuées. © J. BEARD 01/03/2017

Fig. 3

Durée pendant laquelle le champ magnétique dépasse 80 teslas en fonction du champ maximal atteint par les différents laboratoires à travers le monde. Au delà de la valeur du champ magnétique, de longues durées d'impulsions permettent d'effectuer des mesures physiques très fines.