Contact :
Jean Lévêque : jean.leveque@univ-lorraine.fr
Kévin Berger : kevin.berger@univ-lorraine.fr
Description du sujet #
L’augmentation du trafic ferroviaire et les exigences croissantes en matière de mobilité durable font émerger de nouveaux défis énergétiques. La continuité du service ferroviaire, en particulier dans les zones urbaines denses, exige des solutions innovantes pour l’électrification. Dans ce contexte, l’utilisation de câbles supraconducteurs à haute température critique (SHT) apparaît comme une technologie prometteuse, capable de transporter de fortes puissances sans perte énergétique ni chute de tension. Ce projet doctoral, porté par le laboratoire GREEN, s’inscrit pleinement dans les objectifs de décarbonation du secteur ferroviaire et plus largement des réseaux électriques. Il vise à améliorer l’efficacité globale des câbles supraconducteurs, en s’attaquant spécifiquement au défi technique des terminaisons, qui assurent la liaison entre la température ambiante et l’environnement cryogénique du câble. Ces terminaisons, qui peuvent être longues et encombrantes, limitent l’intégration de ces câbles dans des systèmes embarqués et impactent également l’efficacité globale du système.
Les câbles supraconducteurs apparaissent comme des solutions pertinentes dans plusieurs applications, notamment dans l’aéronautique. Ils demeurent cependant quelques points de blocage sur le plan scientifique et technique. En particulier, les terminaisons qui font la liaison entre la température ambiante et l’environnement cryogénique du câble sont un point d’amélioration et d’optimisation. Actuellement ces parties du câble représentent une longueur de près d’un mètre, ce qui peut les rendre difficiles à intégrer, voire impossibles à utiliser, notamment dans les applications embarquées. Les objectifs du projet doctoral portent donc sur l’optimisation du système de câble supraconducteur, en se concentrant sur les terminaisons et leur système de refroidissement associé. L’approche originale consiste à rester pragmatique sur les solutions à apporter, à étudier et à modéliser la terminaison d’un point de vue électrique et thermique en y intégrant différents échangeurs et systèmes de refroidissement. L’ensemble devant être optimisé pour une gamme de plusieurs milliers d’ampères.
L’approche adoptée est pragmatique et interdisciplinaire, combinant électrotechnique, thermique, cryogénie et mécanique des fluides.
Le projet comprend les étapes suivantes :
- Analyse de l’état de l’art (mois 3),
- Conception d’un banc d’essai pour tester diverses configurations (mois 9),
- Étude comparative de différentes options de terminaison (mois 12),
- Développement d’un prototype de terminaison 5 kA (mois 24)
- Rédaction du rapport final (mois 30).
Les retombées attendues sont multiples : meilleure intégration des câbles dans les environnements contraints (ferroviaire, aéronautique), réduction de la consommation de matériaux stratégiques, comme le cuivre ou l’aluminium, et contribution significative à la réduction des émissions de CO₂.