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Ce dossier fait le point sur l'état actuel des recherches sur les matériaux magnétocaloriques les plus prometteurs pour la réfrigération. Après une première partie consacrée au contexte dans lequel se situent ces recherches, une description plus détaillée de l'effet magnétocalorique et sa détermination expérimentale sont traitées dans une deuxième partie. La troisième partie, la plus importante, présente les propriétés et les performances des différents composés auxquels on s'intéresse en raison de leurs performances élevées. La disponibilité et la mise en œuvre sont rapidement abordées dans la quatrième partie. Enfin, les systèmes de réfrigération existants sont à peine esquissés dans la cinquième partie.
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3. Matériaux à fort effet magnétocalorique
3.1 Classification
On peut classer les matériaux présentant un effet magnétocalorique significatif selon la forme topologique et la nature des configurations magnétiques ou électroniques des systèmes considérés (ferromagnétiques, verres de spin, superparamagnétiques, etc.) [11]. Les fondamentaux et la phénoménologie thermodynamique de tels systèmes sont amplement décrits dans [5]. Cependant, et en vue de l'ingénierie des composants et des machines frigorifiques, il convient de se restreindre ici à certains types de composés parmi les plus performants, classés selon leur formulation et leurs caractéristiques physico-chimiques. On considère d'abord les composés et les matériaux selon la nature des atomes combinés, à savoir les composés et les alliages de caractère métallique, d'une part, et les composés isolants électriquement comme des oxydes, d'autre part. La nature chimique des éléments portant le magnétisme est également d'importance puisqu'au caractère localisé du magnétisme des niveaux 4f du métal de terre rare (R) correspond aussi la potentialité d'une forte anisotropie magnétique liée aux effets du champ cristallin. Par ailleurs, au magnétisme de bande (ou itinérant) des couches 3d du métal de transition (T) correspond l'avantage de générer de plus fortes températures d'ordre magnétique. Il en résulte, de même, que les interactions d'échange sont généralement plus faibles pour le premier type de porteurs magnétiques que pour le second. En troisième lieu, il convient de considérer les composés mixtes combinant les avantages de la première et de la seconde classe, l'art du physico-chimiste consistant à en minimiser leurs inconvénients propres. Il ne faut alors pas forcément écarter les éléments de terre rare à forte aimantation qui, bien que pourvu d'un fort moment orbital, peuvent voir les effets d'anisotropie magnétocristalline, résultant de cet effet orbital, complètement réduits par effet de désordre (amorphe) ou de dilution (substitution). L'élément magnétocalorique devant être...
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Matériaux à fort effet magnétocalorique
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - GEOFFROY (O.) - Physique des matériaux magnétiques. - [D 2 080] Convertisseurs et machines électriques (2006).
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(3) - GEOFFROY (O.) - Propriétés techniques des matériaux magnétiques. - [D 2 081] Convertisseurs et machines électriques (2006).
ANNEXES
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