Dans le domaine du génie électrique un challenge très important à relever est celui de l’obtention d’aimants possédant une très forte induction rémanente. Parmi les solutions possibles, il existe les aimants massifs supraconducteurs ou « cryoaimants ». Il s’agit de pastilles supraconductrices aimantées. Il existe déjà plusieurs travaux dans le domaine et le record actuel est de 17 T piégés dans une pastille d’YBCO refroidie à 29 K. Ce record est intéressant d’un point de vue scientifique mais ne correspond en rien à ce qui pourrait être utilisé dans une application en termes de méthode d’aimantation.
D’un autre côté, la recherche dans le domaine des moteurs et génératrices électriques supraconducteurs a débuté dans le milieu des années 60, avec comme première réalisation un alternateur de 12 000 tr/min. Des projets de machines électriques utilisant des matériaux supraconducteurs à Haute Température critique (HTc) commencent à voir le jour au début des années 90 jusqu'à un moteur de 36.5 MW produit pour la marine nationale américaine.
Le but de ce sujet de thèse est d’étudier l’aimantation des matériaux massifs supraconducteurs pour la réalisation d’un moteur supraconducteur.
Sujet de la thèse
Les travaux vont donc porter sur l’aimantation de pastilles à HTc par un champ impulsionnel. Le but est d’arriver à obtenir dans ce cas une aimantation d’au moins 10 T. Il est important de noter que pour toute application, il s’agit d’une rupture technologique par rapport aux aimants permanents à base de terres rares. Nous rappelons que l’induction en surface d’un tel aimant n’excède pas 0,5 T. Un point clef est la possibilité d’aimanter les pastilles HTc dans un bain d’Hélium liquide, en présence de matériaux ferromagnétiques, et avec un inducteur placé à froid au plus près des pastilles.
Dans le cadre de l’étude d’une application, il est nécessaire d’envisager de façon théorique et expérimentale la conception d’inducteurs pouvant aimanter plusieurs pastilles simultanément. Le choix des matériaux et de leur forme revêt aussi une importante toute particulière, nous pouvons travailler avec du MgB2 et/ou de l’YBaCuO, soit sous forme massive, soit sous forme d’empilement de couche mince.
L’ensemble de ces points fait l’objet de ce travail de thèse et se traduira tant par des développements théoriques que par la mise en place d’expérimentations. La concrétisation du travail se traduira par la mise en œuvre d’un moteur supraconducteur. L’induit de ce moteur existe déjà et le but sera donc d’étudier un inducteur avec des cryoaimants.