Etude et conception d'une machine supraconductrice à modulation de flux pour application aéronautique

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’effort de recherche visant à réduire l’impact climatique de l’industrie aéronautique. L’aviation civile représente en effet environ 3 % des émissions de gaz à effet de serre au niveau mondial et ces émissions sont amenée à augmenter avec la croissance du trafic aérien. Par ailleurs, le forçage radiatif dont l’aviation est responsable ne se limite pas aux émissions de CO2 puisque les avions sont aussi la cause d’autres effets créant du forçage radiatif. Parmi eux on retrouve notamment l’émission d’oxydes d’azote et la création de cirrus induits dans les zones tropicales qui sont soupçonnés de générer un forçage radiatif potentiellement plus important que le CO2. Dans ce contexte, bien que les carburants alternatifs comme les biocarburants ou encore l’hydrogène soient en mesure de supprimer les émissions de CO2, l’électrification peut potentiellement réduire le forçage radiatif dû aux autres effets. Une des solutions d’électrification potentielle passe par l’utilisation des piles à combustible consommant de l’hydrogène. La viabilité d’une telle solution nécessite des composants électriques, dont notamment les moteurs et générateurs, optimisés afin de réduire leur masse. Pour les moteurs électriques, la supraconductivité apparait comme un levier potentiel pour fabriquer des moteurs électriques légers puisqu’il est possible de réaliser des machines ayant des champs magnétiques plus élevés que des machines classiques sans utilisation de fer, ce dernier étant l’un des composants les plus lourds des machines conventionnelles. Le principal inconvénient de la supraconductivité réside dans la nécessité de fonctionner à température cryogénique (typiquement inférieur à -200 °C). Cependant, le stockage embarqué de l’hydrogène à bord d’un avion se fait sous forme liquide à -250 °C, le carburant représente donc une source de froid potentielle pour le refroidissement de composants électriques cryogénique comme les machines supraconductrices. Cette thèse vise donc à exploiter cette synergie potentielle en développant une machine supraconductrice employant la technologie de la modulation de flux afin de concevoir un démonstrateur de forte puissance spécifique.