Contact :
Hocine Menana : hocine.menana@univ-lorraine.fr
Jean Lévêque : jean.leveque@univ-lorraine.fr
Description du sujet #
Les matériaux supraconducteurs à haute température critique (S-HTC) présentent un fort potentiel d’application dans les systèmes d’énergie électriques, permettant, au-delà d’un certain seuil de puissance, des augmentations significatives des densités massiques de puissance, tout en augmentant l’efficacité énergétique des systèmes.
Cependant, outre l’effet de la température, les performances électromagnétiques des S-HTC sont fortement dépendantes du champ magnétique qui leur est appliqué. Ce dernier est par ailleurs le principal vecteur de la conversion d’énergie électromagnétique et électromécanique. Une caractérisation préalable des S-HTC sous différentes conditions électromagnétiques est alors nécessaire avant leur intégration dans les systèmes de puissance.
Les éléments S-HTC, notamment les rubans de seconde génération qui se présentent sous une forme d’assemblage multicouches peuvent également présenter des défauts structurels pouvant compromettre la fiabilité des systèmes dans lesquels ils sont intégrés. Il est alors nécessaire de développer des techniques de contrôle fiables pouvant s’adapter aux structures très minces de ces rubans où les épaisseurs des couches sont de taille micrométrique.
Dans de précédents travaux, nous avons investi dans développement d’approches de modélisation multiphysique et des techniques de contrôle et de caractérisation originales des S-HTC, où les verrous scientifiques et techniques sont liés aux structures hétérogènes à dimensions multi-échelle de ces matériaux, ainsi qu’à leur comportement électromagnétique fortement non linéaire. Ce projet s’inscrit dans la continuité de ces travaux, avec comme objectifs :
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L’amélioration des performances numériques des modèles développés, qui sont principalement basés sur les méthodes d’intégrales de volume :
- Prise en compte de la proximité de matériaux ferromagnétiques avec leurs propriétés magnétiques non linéaires, et l’amélioration des schémas numériques de résolution prenant en compte, à la fois, la non linéarité électrique des supraconducteurs et la non linéarité magnétique des matériaux ferromagnétiques.
- Couplages multiphysique des modèles.
- Extension des modèles aux structures tridimensionnelles, avec la nécessité de réduction de la taille des modèles .
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Le développement de stratégies de caractérisation des propriétés électromagnétiques des S-HTC sous différents environnements électromagnétiques, ainsi que des stratégies de contrôle pour la détection et la caractérisation de défauts structurels dans les rubans S-HTC dans une démarche de contrôle et d’évaluation non destructifs. Cela nécessite la combinaison d’approches numériques et expérimentales. Les plateformes technologiques disponibles au Laboratoire (GREEN) permettent le développement des manipulations expérimentales pour la validation des modèles et approches de caractérisation développées.
La thèse se déroulera à temps plein dans les locaux du Groupe de Recherche en Énergie Électrique (GREEN) situés à la Faculté des Sciences et Technologies de Nancy. Le ou la doctorante aura un bureau à proximité immédiate de ses encadrants, ce qui favorisera les échanges quotidiens. Outre ces échanges quotidiens, un suivi régulier sera mis en place, au rythme d’une réunion par semaine, afin de faire le point sur l’état d’avancement des travaux. Les encadrants accompagneront de manière active le ou la doctorant(e) dans le développement des outils numériques et des manipulations expérimentales.