Modélisation

La thèse portera sur le développement de méthodes de calcul permettant la modélisation et la prise en compte de défauts, distribués de façon statistique, dans les supraconducteurs massifs. Les résultats devront permettre d’identifier la méthode la plus adaptée pour modéliser ces défauts en 3D et pour prédire les distributions de champ magnétique produites. Etant donné les rapports d’aspect important entre les défauts micrométriques et la taille centimétrique des supraconducteurs, il sera envisagé d’avoir recourt à des méthodes originales, parmi lesquelles : des techniques d’homogénéisation, des méthodes intégrales couplées avec des méthodes éléments finis, des distributions statistiques avec la mise en place de « Machine Learning » couplé à de l’Intelligence Artificielle…

L’augmentation du trafic ferroviaire représente un enjeu important pour les futurs développements de la SNCF. La continuité de service visant à assurer la mobilité des personnes est aujourd’hui au cœur des préoccupations sociétales. La SNCF est impliquée dans de nombreux renforcements d’électrifications notamment en zones ultra denses, comme par exemple à Paris. Ce renforcement doit aussi se réaliser en assurant la sécurité des utilisateurs et du personnel de la SNCF. Le réseau ferroviaire fonctionne principalement en continu avec une valeur de tension de 1 750 V. Afin d’apporter suffisamment d’énergie au réseau, il est nécessaire de faire transiter des courants de fonctionnement pouvant atteindre 20 kA. Dans cette optique, la solution d’utiliser des câbles supraconducteurs est particulièrement adaptée car elle permet le transport de puissances importantes sans dissipation d’énergie ni chute de tension. De plus, cette technologie utilise des conducteurs de section fortement réduite par rapport à des conducteurs résistifs conventionnels, ce qui permet de diminuer considérablement le droit passage. Sujet de la thèse Le travail de la thèse concerne le développement d’outils et de méthodes permettant le dimensionnement de câbles supraconducteurs à courant continu pour le réseau ferroviaire, en prenant en compte des contraintes industrielles et des spécificités du réseau français. Dans un premier temps, ce travail devra apporter plusieurs éléments de réponse sur : la structure du câble, le type et le nombre de conducteurs à utiliser, les moyens de refroidissement nécessaires, les différents coûts (CAPEX, OPEX), etc. Dans un second temps, on s’intéressa au dimensionnement d’un câble limiteur de courants de défaut. En effet, une des particularités d’un conducteur supraconducteur est de pouvoir limiter le courant à une valeur désirée grâce à un changement de résistance parfaitement maitrisé. Cette propriété supplémentaire du câble supraconducteur nécessite un dimensionnement électromagnétique et thermique relativement complexe afin que le câble ne joue pas le rôle d’un simple fusible et pour qu’il puisse être remis en service dans un temps compatible avec les contraintes liées au réseau. Avant la fin de la thèse, une expérience sur un câble supraconducteur DC à limitation de courants de défaut de plusieurs mètres de long et de plusieurs kA devra être mise en œuvre et testée. L’insertion d’un câble supraconducteur sur le réseau électrique ferroviaire est une solution de rupture technologique, totalement inédite en France, offrant de nombreuses opportunités tant en termes de solutions techniques que de coûts.