Lévitation magnétique : une énigme résolue par des chercheurs danois

En 2021, le scientifique turc Hamdi Ucar a décrit dans un article une expérience de lévitation magnétique qui a intrigué la communauté scientifique. Aujourd’hui, des chercheurs danois ont réussi à reproduire cette expérience et à en expliquer les mécanismes. Plongeons dans cette fascinante découverte.

Hamdi Ucar a réalisé une expérience simple mais étonnante : il a fixé un aimant à un moteur, l’a fait tourner très rapidement, puis l’a rapproché d’un second aimant. Ce dernier a commencé à tourner et s’est soudainement stabilisé en lévitation à quelques centimètres de distance.

Si la lévitation magnétique n’est pas un phénomène nouveau – l’exemple le plus connu étant probablement les trains Maglev qui utilisent une forte force magnétique pour se soulever et se propulser – cette expérience a intrigué les physiciens car ce phénomène n’était pas décrit par la physique classique, ou du moins, par aucun mécanisme connu de lévitation magnétique.

La réplication de l’expérience

Rasmus Bjørk, professeur à DTU Energy, a été intrigué par l’expérience d’Ucar et a décidé de la reproduire avec l’étudiant en master Joachim M. Hermansen, tout en cherchant à comprendre exactement ce qui se passait. La reproduction de l’expérience a été facile et a pu être réalisée avec des composants communs, mais la physique de celle-ci était étrange, comme l’explique Rasmus Bjørk :

« Les aimants ne devraient pas léviter lorsqu’ils sont proches l’un de l’autre. Habituellement, ils s’attirent ou se repoussent. Mais si vous faites tourner l’un des aimants, il s’avère que vous pouvez obtenir cette lévitation. Et c’est la partie étrange. La force qui affecte les aimants ne devrait pas changer simplement parce que vous faites tourner l’un d’eux, il semble donc qu’il y ait un couplage entre le mouvement et la force magnétique, »

Les résultats de l’expérience

Les expériences ont impliqué plusieurs aimants de tailles différentes, mais le principe est resté le même : en faisant tourner un aimant très rapidement, les chercheurs ont observé comment un autre aimant à proximité, appelé «aimant flottant», a commencé à tourner à la même vitesse tout en se verrouillant rapidement dans une position où il est resté en lévitation.

Ils ont constaté que lorsque l’aimant flottant se verrouillait en position, il était orienté près de l’axe de rotation et vers le pôle similaire de l’aimant rotor. Ainsi, par exemple, le pôle nord de l’aimant flottant, pendant qu’il tournait, restait pointé vers le pôle nord de l’aimant fixe.

Une découverte surprenante

Cela diffère de ce qui était attendu sur la base des lois de la magnétostatique, qui expliquent comment fonctionne un système magnétique statique. Il s’avère cependant que les interactions magnétostatiques entre les aimants rotatifs sont exactement ce qui est responsable de la création de la position d’équilibre du flotteur, comme l’a découvert le co-auteur et doctorant Frederik L. Durhuus en utilisant des simulations du phénomène.

Il s’avère que l’aimant flottant veut s’aligner avec l’aimant en rotation, mais il ne peut pas tourner assez rapidement pour le faire. Et tant que ce couplage est maintenu, il lévitera, comme l’explique Rasmus Bjørk :

« On pourrait le comparer à une toupie. Elle ne tiendra pas debout à moins qu’elle ne tourne, mais elle est verrouillée en position par sa rotation. Ce n’est que lorsque la rotation perd de l’énergie que la force de gravité – ou dans notre cas la poussée et la traction des aimants – devient suffisamment grande pour surmonter l’équilibre. »

En synthèse

En somme, cette recherche a permis de mieux comprendre les mécanismes de la lévitation magnétique. L’expérience initiale de Hamdi Ucar, bien que simple, a ouvert la voie à une exploration plus approfondie de la physique des aimants en rotation.

Les travaux de l’équipe de DTU Energy ont non seulement confirmé les observations d’Ucar, mais ont également permis d’expliquer pourquoi et comment un aimant peut léviter lorsqu’il est soumis à une rotation rapide. Cette découverte pourrait avoir des implications importantes dans divers domaines, tels que le transport ou l’énergie.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’expérience de lévitation magnétique d’Hamdi Ucar ?

Hamdi Ucar a réalisé une expérience où il a fait tourner un aimant très rapidement à proximité d’un autre aimant, qui a commencé à tourner et à léviter à quelques centimètres de distance.

Pourquoi cette expérience a-t-elle intrigué les scientifiques ?

Cette expérience a intrigué les scientifiques car elle n’était pas expliquée par la physique classique ou par aucun mécanisme connu de lévitation magnétique.

Comment les chercheurs de DTU Energy ont-ils reproduit l’expérience ?

Les chercheurs de DTU Energy ont reproduit l’expérience en utilisant des composants courants et ont observé le même phénomène de lévitation.

Qu’ont-ils découvert sur le mécanisme de lévitation ?

Ils ont découvert que les interactions magnétostatiques entre les aimants rotatifs sont responsables de la création de la position d’équilibre du flotteur.

Quelles pourraient être les implications de cette découverte ?

Cette découverte pourrait avoir des implications importantes dans divers domaines, tels que le transport ou l’énergie.

Principaux enseignements

Références

Physics Review Applied

Article : « Magnetic levitation by rotation » – DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044036