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Comme mentionné dans l'Introduction, les fluides magnétiques sont constitués de suspensions colloïdales (c'est-à-dire que les particules forment un ensemble homogène avec le solvant) ayant des propriétés magnétiques.
Les particules de ferrofluide sont si petites qu'elles présentent bien souvent un unique domaine aimantable, appelé "domaine de Weiss". Ces domaines aimantables sont souvent qualifiés de "nano-aimants", en raison de leur sensibilité à un champ magnétique. Néanmoins, en l'absence de courant dans la bobine (et donc de champ magnétique induit), chaque domaine est orienté de façon aléatoire, désordonnée. Toutefois, puisqu'il s'agit de "monodomaines aimantables", leur aimantation globale n'est pas nulle: elle est en effet égale à l'orientation de chaque "nano-aimant". Ainsi, si l'on imagine que le fluide est constitué de très nombreuses particules ferromagnétiques du même type, on peut alors envisager l'existence d'une force d'interaction magnétique entre deux ou plusieurs particules de ce type. Afin d'éviter l'agrégation de ces particules en l'absence même de champ, on "recouvre" les particules de surfactant; une façon imagée de se représenter un surfactant est d'imaginer l'existence de "ressorts" entre les particules, qui tend à les éloigner lorsque l'une ou plusieurs d'entre elles tentent de s'agréger. Un autre phénomène physique revêt une importance fondamentale pour des particules de taille nanométrique: l'agitation thermique. L'énergie thermique correspond à l'énergie cinétique d'agitation microscopique (et a fortiori nanoscopique...) d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses atomes (ou de ses molécules). A température ambiante, les particules ferromagnétiques acquièrent ainsi une énergie thermique égale à kbT. Cette énergie a pour effet de désordonner le mouvement des particules en suspension dans le solvant. Deux manifestations physiques sont donc en compétition. Les théoriciens ont alors pensé qu'il était commode de définir un paramètre "quantifiant" l'importance de l'un ou l'autre des phénomènes physiques présentés. µ = -Wmag / kbT
Dans le cas du ferrofluide, l'agitation thermique endosse un
rôle majeur et le paramètre défini ci-dessus est
tel que µ<1.Lorsqu'un champ de quelques centaines de Gauss est appliqué dans l'entrefer du rhéomètre, les "nano-aimants" ont tendance à s'orienter dans le même sens que les lignes de champ. Ces "monodomaines" sont tous plus ou moins orientés dans la même direction, celle qui minimise leur énergie d'interaction avec le champ. A plus forte raison qu'en l'absence de courant, les nanoparticules vont s'agréger davantage. Mais l'agitation thermique mentionnée plus haut est toujours présente! En fait, cette agitation thermique prend toujours le dessus sur l'énergie d'interaction des nanoparticules, même si cette dernière est plus importante. La tentative de structuration des particules est donc en partie freinée par le mouvement désordonné qui leur est conféré. 
Les fluides magnéto-rhéologiques sont constitués de particules micrométriques. Elles sont suffisamment grosses pour être constituées de plusieurs domaines de Weiss adjacents. En l'absence de champ magnétique, ces particules ne présentent pas de moment dipolaire global: en effet, chaque monodomaine d'une particule est orienté de façon différerente de son voisin, et l'aimantation qui en résulte est nulle. L'energie d'interaction magnétique est dans ce cas négligeable. D'autre part, ces particules ne sont que très peu sensibles à l'agitation thermique, car elles sont suffisamment grosses pour ne pas se disperser au sein du liquide porteur. Lorsque l'on applique un champ magnétique identique à celui des ferrofluides, chaque domaine de Weiss d'une particule de fluide magnéto-rhéologique s'oriente dans la direction du champ imposé.Ces particules tiennent lieu de gros "aimants" et sont donc susceptibles d'interagir entre eux très fortement. L'influence de l'agitation thermique est anecdotique dans ce cas, si bien que µ>>1. L'agrégation des particules est alors possible.  Par contre, lorsque l'on interrompt le champ magnétique, les structures formées se rompent et le fluide reprend sa forme originelle. Les "MR" sont donc des suspensions de particules "solides" qui se transforment de façon réversible en un "gel" en la présence d'un champ magnétique. |