CHAPITRE III PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DES TERRES CUITES

[I — AIMANTATION RÉMANENTE À FROID

Les deux chapitres qui précèdent ont été consacrés à l'étude de l’aimantation permanente thermique, c’est-à-dire gardée après cuisson ou réchauffement en champ magnétique. On va maintenant s'intéresser à l’aimantation acquise à température constante qui sera d’ailleurs la température ordi-

naire.

70. Propriétés ferromagnétiques des terres cuites. — Les terres cuites, refroidies en champ magnétique, sont des aimants permanents dont le moment. magnétique est parfaitement constant à la température ordinaire. Placées dans un champ magnétique, elles prennent un moment magnétique induit supplémentaire qui se compose avec le précédent. Mais les terres cuites sont, en général, ferromagnétiques et, le champ disparaissant, elles gardent une aimantation rémanente. L’aimantation permanente du corps 5, est alors la somme de son aimantation thermique (ou à chaud) 5, et de son

aimantation rémanente (ou à froid) o, :

J'ai déterminé pour beaucoup de terres cuites, outre leur aimantation thermique et leur suscepübilité, des courbes d’aimantation induite et des courbes d'hystérésis. Un exemple a été donné ($ 15) à propos des procédés de mesure ; je n’en donnerai pas d’autres parce que ces courbes n’ont pas, Je crois, d'intérêt géophysique direct. Rappelons seulement que les courbes d’aimantation induite sont presque des droites (champs de o à 5o gauss) et que les cycles d’hystérésis sont très plats, ce qui a permis de définir des susceptibilités indépendantes du champ (*). D’ailleurs, connaissant les susceptibilités et les aimantations rémanentes qui vont être données, on pourra se faire une idée de l’importance de l’hystérésis. Au contraire, j’étudierai l’aimantation rémanente laissée à froid, par action d’un champ, parce qu’elle peut être importante et que les corps naturels sont évidemment susceptibles d’en présenter.

(*) On rencontre cependant des courbes d'aimantation induite très différentes de droites, par exemple, argile MD citée par : Me Taeërcien, — Ann., I. P. G., Paris, XL, 1933, p. 102,

71. Aimantation rémanente dans les champs forts. — Ces champs «forts» n’ont pas dépassé 500 gauss. Les essais sont généralement conduits de la façon suivante : un cylindre, portant le plus souvent une aimantation thermique connue, est placé à la température ordinaire dans un champ H dirigé suivant son axe. Au bout d’une minute le champ est supprimé et on mesure, après quelques minutes, la nouvelle aimantation permanente du cylindre ; la différence est l’aimantation rémanente.

19 CyriNDrE C.22. — Cuisson : azote, 6650, aimantation complète dans un champ de 43 gauss. Après cuisson : susceptibilité 19,5.10-°, aimantation permanente thermique : 15.10-* (en unités arbitraires 6,30). mie #

Les champs auxquels 1l est maintenant soumis, à froid, sont dirigés en sens inverse de l’aimantation thermique ; après action des champs H, l’aimantation permanente prend les valeurs ; :

RS ne Be a ! VER ur à () 27 4 70 94 141 188 282 376 s unités arbitraires... ..,.1.:.1.1 6,30 6,25 6,10 5,65 STE 4,15 3,05 1,50 0,25

Ces valeurs sont portées sur la courbe de la figure 34. On voit que jusqu’à 30 gauss l'effet rémanent est insignifiant : il y a presque paramagnétisme ; de 50 à 200 gauss, l’aimantation rémanente croît proportionnellement au champ. Cet effet rémanent dans les champs dépassant une cinquantaine de gauss est important ; par exemple, un champ de 250 gauss provoque une aimantation rémanente de 10.10“ u. e. m. environ ; à chaud, il faudrait pour obtenir une telle aimantation un champ de 15 gauss. On pourra remarquer encore que cette aimantation rémanente représente une fraction importante de l’aimantation induite dont elle est le reste ; en effet, dans le champ de 250 gauss, ce cylindre prendrait une aimantation induite : 250 X 19.5.10-° ou 50.107“ environ.

20 CyrinDpre C.25. — Cuisson : azote, 6659, aimantation partielle dans un champ de 13 gauss: coupé à 5100. Après cuisson : susceptibilité 18.10%, aimantation thermique 2,9.10-* (en unités arbitraires 1,23).

Le champ H, agissant à froid, est dirigé dans le sens de l’aimantation permanente thermique. On obtient :

FENTE CR A SR a ARE LAC EE nn AA me to) 94 138 282 3 GATE SAT DT OLA TOR et ane nn ER CN ETS GRR ed none 1 à 1,26 1,89 2,80 3,69 4,48 5,09 (courbe fig. 34).

L'aimantation rémanente s'ajoute à l’aimantation thermique; comme précédemment, faible dans les champs inférieurs à 5o gauss, elle devient ensuite importante. Les-2 cylindres C.22 et C.25 sont cuits dans les mêmes conditions (température, atmosphère) ; on remarquera que la pente de la courbe de C.22 (aimantation rémanente opposée à l’aimantation thermique) est plus forte que pour C.25 (cas inverse). En réalité, l’aimantation rémanente pure devrait être étudiée sur un cylindre non aimanté ; ici on mesure plutôt la variation totale d’aimantation permanente consécutive à l’action d’un champ et l’effet est un peu différent suivant qu'il y a addition ou soustraction des aimantations.

30 Cyrinpre C.23. — Cuisson : azote 6659, aimantation complète dans un champ de 5,3 gauss. Après cuisson, susceptibilité 20.10-—° ; aimantation thermique 4,0.10-° (en unités arbitraires 1,67).

Le cylindre subit d’abord une aimantation rémanente (champs positifs) analogue à celle de G.25 (branche 1, fig. 35). Il est alors soumis à des champs positifs décroissants, pratiquement sans action (branche 2) : ensuite à des champs négatifs croissants, en valeurs absolues, jusqu’à 450 gauss (branche 3), puis décroissants ; enfin à des champs positifs croissants (branche 5). L’aimantation

totale portée sur la courbe subit ainsi une sorte de cycle qui n’est évidemment pas un cycle d’hystérésis habituel, puisque les aimantations portées, pour un champ H, sont les aimantations permanentes

mesurées après action de ce champ.

Des cycles décrits ensuite entre — 470 gauss et + 470 gauss montrent un régime stable avec :

5,20 pour + 470 gauss — 3,60 pour — 470.

Ces cycles sont symétriques mais leur centre de symétrie n’est pas zéro: il n’est pas non plus 1,65. L’aimantation permanente thermique initiale semble subsister mais assez altérée (réduite à 0,8). On remarquera la différence d’allure présentée par

la branche 1 (ou mieux encore par la courbe de C.22) et par les 2 branches semblables 3 et 5 ; dans , PRE ie. le 1€7 cas, l’aimantation initiale est thermique et Î ; 2

[unités arbitraires!

H ga uss 300 5

Fig. 34. Fig. 35.

des champs inférieurs à 5o Bauss sont, pratiquement, sans effet rémanent ; dans le 2€ cas, l’aimantaton rémanente imitiale est altérée proportionnellement au champ, dès les champs faibles.

Les 3 cylindres précédents avaient été cuits dans les mêmes conditions (température et atmosphère) ; les deux suivants l’ont été dans des conditions assez différentes.

49 CyriNDre C.20. — Cuisson : atmosphère gaz d'éclairage, 7559, aimantation complète dans un champ de 13 gauss. Ce cylindre C.29 est beaucoup plus magnétique que les précédents : 7 = 170.10-f 7, = 72.10. Îl est soumis plusieurs fois à un champ de 470 gauss dirigé comme l’aimantation therwique initiale : son aimantation permanente devient 160.107“; puis au même champ dirigé en sens inverse et son aimantation devient — 29.107* (aimantations totales gardées après suppression du champ). L'effet rémanent est environ ro fois plus grand que pour C.23, ce qui est d’ailleurs, à peu près, le rapport des susceptibilités, Dans un champ de 27 gauss, l’aimantation rémanente était insignifiante (voir tableau XXXV, $ 52). |

( Co AT ptibilité anrûs eu: a 50 Cyinbre C.2.— Cuisson : azote, 8700. Susceptibilité après cuisson y — 390.10-*, aimantation

thermique nulle. Ce cylindre est, comme les 3 premiers, soumis à des champs croissants H et son aimantation rémanente est mesurée après suppression du champ ; j’ai obtenu :

LR RE MA DR RL AO A ee A LE 0 D 47 94 141 188 235 289 7:10 ROLE S 0 AN SRE A EU RAR Eau rar RES TIREUR (e) 250 8,5 36,5 90 185 320 490

Dans un champ de 13 gauss, ce cylindre aurait pris, par refroidissement complet, une aimantation thermique voisine de 600.10 * ($ 52).

Ces terres cuites ont été choisies, à dessein, assez différentes. Toutes, et d’autres encore, conduisent aux mêmes conclusions : l’aimantation rémanente à froid, très petite dans les champs faibles, croît rapidement avec le champ ; les aimantations permanentes prises à froid dans dés champs de quelques centaines de gauss peuvent être importantes. Donc une terre cuite aimantée à chaud dans un champ magnétique de quelques gauss pourra, si elle est ensuite placée à la température ordinaire dans un champ de l’ordre de la centaine de gauss, présenter une aimantation permanente considérablement

modifiéé.

72. Aimantation rémanente dans les champs faibles. — Le cas des champs forts est, dans la nature,

exceptionnel (coups de foudre cependant) et celui des champs faibles est certainement le plus intéres- ‘sant. On vient de voir, sur quelques exemples, que dans des champs ne dépassant pas 30 gauss, l’aimantation rémanente est relativement très petite ; la forme des courbes indique que cet effet est encore plus faible pour des champs de l’ordre du gauss. Or j'ai étudié, pour un grand nombre de terres cuites, l’aimantation rémanente, à froid, dans le champ de 27 gauss utilisé pour les mesures de susceptibilités. Dans les 2 tableaux qui suivent, je donne, pour quelques-unes, cette aimantationrémanente 5, prise à froid dans le champ de 27 gauss: pour chaque cylindre, je rappelle d’ailleurs les conditions de cuisson ou de réchauffement et l’aimantation thermique 5, due à un refroidissement complet dans le champ H. Il est important, au point de vue des applications, de comparer l’armantation rémanente à froid à l’aimantation thermique prises dans le même champ ; aussi ai-je calculé le rapport

Gr ci NES 27 Fi:

s changerait pour d’autres valeurs des champs 27 et H gauss ; mais on à ainsi, tout de même, un ordre de grandeur du rapport entre les aimantations rémanente et thermique dans les champs faibles (:). La mesure de 5, par différence, est d’ailleurs fort imprécise.

Le tableau XXXV se rapporte à des terres cuites au laboratoire dans des conditions connues ; le suivant à des cylindres extraits de briques modernes et anciennes (?).

On voit dès maintenant que ce rapport, assez élevé pour les terres cuites à température basse, est faible, quelques millièmes, pour celles cuites à température assez élevée que l’on trouve à lordinaire. Le tableau XX XVI relatif aux cylindres extraits de briques va correspondre à ce cas normal. Ici les températures et les atmosphères de cuisson, sont inconnues ; ces cylindres ont tous été réchauffés en atmosphère d’azote et refroidis complètement dans un champ de 0,485 gauss ; l’aimantation c, considérée est celle ainsi obtenue. Je ne donne, pour chacun, que le rapport p.

Les aimantations rémanentes à chaud et à froid n’étant pas proportionnelles aux champs,

(2) Pour des champs de l’ordre du champ terrestre, ce rapport serait encore plus petit, certainement, dans tous les cas (comparer

(?} On trouvera des renseignements sur ces cylindres (origine des briques, aimantations}), aux $$ 84 et 86.

Thèse Thellier.

Tasreau XXXV

Cylindre Atmosphère Température

(évalué)

2960000 HQE

(évalué) (évalué)

On remarquera que, pour quelques briques gallo-romaines C1 et LM, le rapport » peut dépasser un centiéme ; or ces terres cuites présentent en même temps une assez forte viscosité magnétique 0] e . LA 4 Li r A ($ 73) : l'aimantation rémanente après action prolongée d’un champ peut être plus forte que celle due à une action de quelques minutes. On reviendra ( 76-39) sur les conséquences de ce double phénomène. :

Mais, en règle générale, on peut dire que pour les terres cuites les aimantations rémanentes, laissées 4 e » » 1 . . , après action de champs peu élevés, sont très faibles devant les aimantations permanentes thermiques acquises par refroidissement complet dans les mêmes champs. Le chaïnp terrestre, par exemple, ne trou-

blera que d’une façon insignifiante, le plus souvent, l’aimantation permanente thermique qu’il a laissée pendant le refroidissement de la terre cuite. | |

73. Évolution spontanée de l’aimantation rémanente. — On verra plus loin que l’aimantation thermique des terres cuites, abandonnées à. elles-mêmes, est stable; l’aimantation rémanente, au contraire, se modifie spontanément avec le temps. Remarquons d’abord que beaucoup de terres cuites, présentent une nette viscosité magnétique, à froid, lors de l’aimantation. Par exemple, C.4r qui à une aimantation thermique faible, est placé dans un champ de 10 gauss ; au bout d’une minute l’aimantation induite (exactement l’aimantation totale) est mesurée, en unités arbitraires, par 24,50 ; après > minutes elle devient 24,90, puis elle continue à croitre lentement pour atteindre au bout de 1/4 d’heure 25,90, nombre qui ne varie ensuite que très lentement.

Inversement, lorsqu'on coupe le champ, l’aimantation diminue rapidement pendant quelques minutes ; un exemple a été donné à propos des mesures (cylindre C.32, $ 15, 4°). J’ai observé, sur beaucoup de terres cuites, ce phénomène avec autant de netteté (argile de Noron cuite au gaz d’éclairage, brique Cl'et LM). Cette évolution rapide, après suppression du champ, que l’on suit très facilement au magnétomètre, a toujours paru s'arrêter au bout d’une dizaine de minutes ; mais elle est continuée par une évolution lente que l’on observe maintenant en répétant les mesures d’aimantation permanente à plusieurs jours d'intervalle, et c’est surtout ce phénomène lent qui est Intéressant au point de vue des applications. Dans les exemples qui suivent, l’aimantation rémanente est superposée à une aimantation thermique préalable (comptée positivement).

19 CyziNpre C.25. — Aimantation thermique 1,23 (unités arbitraires). Après;action d’un champ positif de 470 gauss, l’aimantation permanente est devenue 5,09 ; elle évolue comme il suit :

LED eue o 15 minutes 24 heures 3 jours 6 jours 10 jours 30 jours 9 mois Aimantation..... 5,09 4,85 4,60 4,54 1509 4,49 4,43 4,33

20 Cyzinpre CL3. — Aimantation thermique : 4,00. Après action d’un champ — 27 gauss : 2,02. IUT, a RM NP A EE ER pe TR Ve SE ee A (o) 1 Jour 3 jours 7 jours 10 Jours DS NA Da ee PATATE NT EPA Ra en LS RP A ER 2,02 2,90 3,26 3,98 3,98

30 Cyrinpre C.23. — Aimantation thermique : 1,67. Après action d’un champ — 470 gauss :

ROMDI TA EL PO er ps dite mer planete 4e 2 jours 5 jours 9 jours 1 mois 4 mois Nr re LC re AR RE CRE — 3,60 13,11 — 3,00 — 3,01 — 2,90 — 9,87

Dans tous les cas, l’aimantation rémanente disparaît peu à peu et l’aimantation permanente évolue vers l’aimantation thermique initiale, On peut songer à l’expérience suivante assez curieuse : un cylindre portant une aimantation thermique reçoit une aimantation rémanente égale et opposée, On à ainsi un corps qui, pendant quelques heures, présentera une aimantation nulle ét qui, peu à peu, semblera s’aimanter spontanément (1) ; c’est presque le cas de C.22.

49 Cyrinpre C.22.— Aimantation initiale thermique : 6,30. Après action d’un champ — 376 gauss, aimantation permanente 0,25.

ÉD EN EEE ARE PAS Ra a Le (a) 1 jour 3 jours 7 jours 1 mois 5 mois TEEN in KO et En OR Ar ROS RD TRT PER, 0,25 0,7 0,87 0,93 0,97 1,06 J'ai cité des exemples où l’aimantation rémanente est grande par rapport à l’aimantation there r rr = {rQ mique, parce que provoquée par des champs beaucoup plus forts que ceux ayant créé celle-c1, (C.25,

(1) Ce phénomène est différent de celui qu'on appelle réaimantation spontanée (Orrrvirr, Cours de physique générale. 1. T, p. 259) ; il est aussi tout à fait différent de l’aimantation spontanée des théories de P. Weiss.

C.25, C.22 : aimantation thermique par 13 gauss et d’ailleurs partielle pour C:25 ; Ci, aimantation thermique par 0,485 gauss). En général (cylindres du tableau XX XV), l’aimantation rémanente est faible devant l’aimantation thermique, mais elle diminue néanmoins avec le temps, devenant ainsi, le plus souvent, tout à fait négligeable. |

Ce phénomène d’évolution lente est normal pour les terres cuites, même pour celles qui ne semblent présenter aucune viscosité à l'établissement ou à la suppression d’un champ magnétique. Je n'ai trouvé aucun exemple d’aimantation rémanente qui n’ait pas diminué ; au bout de quelques mois le phénomène devient très lent : je ne sais si on peut alors le considérer comme arrêté. En tout cas, je n'ai jamais observé non plus une aimantation rémanente forte qui ait totalement disparu.

Donc l’aimantation rémanente gardée par les terres cuites. après action d’un champ magnétique, à froid, diminue avec le temps mais sans disparaître complètement. Pratiquement la modification qu’elle a apportée, à l’aimantation thermique est, le plus souvent, tout à fait négligeable, lorsque les champs ayant agi à chaud, puis à froid, ne sont pas fortement différents.

Remarque. — L'évolution de l’aimantation rémanente des terres cuites a été signalée depuis longtemps par P. Mercanton. On trouvera dans une note (*) des résultats d'expériences sur des vases aimantés qu'il soumettait à des champs, o à 80 gauss, opposés à l’aimantation permanente initiale. La conclusion, avec laquelle les résultats précédents sont d'accord, est la suivante .… « pour annihiler l’aimantation de ces vases il fallait des champs inverses de l’ordre de 150 à 200 fois l’intensité du champ terrestre actuel mais encore, résultat très troublant, après une quarantaine d’heures, sous la seule influence du champ terrestre (?), les vases avaient repris la moitié de leur aimantation primitive.»

74. Disparition de l’aimantation rémanente par réchauffement. Dés cylindres ayant subi une forte aimantation rémanente sont repris après plusieurs mois + (évolution pratiquement arrêtée) et réchauffés. Ces réchaut-

fements sont conduits comme pour l’aimantation permanente

S Perinanénles

Ba * 4 r .

ë seule (Ÿ 57) en atmosphère neutre et champ magnétique 2520 \ nul.

FU ; Fe i 10 CYrINDRE C.25. — Aïmantation permanente (ther- Éè ao < ? à O (a) nat à mique + rémanente 71, 20 et $ 73, 1°) pratiquement stable 1 ‘ .