Modélisation multiphysique des matériaux magnétoélectriques de seconde génération : application aux objets nomades connectés

Multiphysic Modeling of Second Generation Magnetoelectric Materials : application to Connected Objects

• Auteur / Autrice : Tuan Anh Do
• Direction : Zhuoxiang Ren, Hakeim Talleb
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 04/11/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et électromagnétisme (Paris ; 2009-2019)
• Jury : Président / Présidente : Souad Ammar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hakeim Talleb, Xavier Mininger, Aurélie Gensbittel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elie Lefeuvre, Anouar Belahcen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Homogénéisation (équations différentielles)

Éléments finis, Méthode des

Électroaimants

Mots clés libres

Magnetoélectrique

Méthode des éléments finis

Homogénéisation

Analyse 3D

Composite

Multi-Physique

Magnetoelectric

Finite element method

Homogenization

3D analysis

Composite

Multiphysic

Résumé

Les matériaux magnétoélectrique (ME) sont les matériaux composites fonctionnels composés de phases piézoélectriques et magnétostrictives qui a capacité de transformer l’énergie magnétique à l’énergie électrique par la médiation de l'énergie mécanique. L’effet ME peut être caractérisé en utilisant le coefficient magnétoélectrique (V/Oe). Cette propriété particulière génère un intérêt pour la recherche scientifique et plus particulièrement pour l’application de nouveaux transducteurs d’énergie, capteurs magnétiques ou inductances variables. Dans ce contexte, L2E a commencé depuis 2012 à développer des codes multiphysiques en éléments finis pour étudier les matériaux ME. Les travaux de cette thèse sont pour développer un modèle 3D combinant les modèles d'existence de piézoélectrique et magnétostrictif. Le modèle 3D est utilisé pour étudier le comportement du matériau magnétoélectrique: Modélisation de composite laminaire, prenant en compte la non linéarité de la magnétostrictive par un modèle multi-échelles et l'effet des courants de Foucault en régime dynamique ; Étude de différentes structures composites ME et de l'influence des paramètres géométriques sur la performance de ce matériau ; Application du principe d'homogénéisation à l'analyse du comportement magnétoélectrique de composites particules ME ou de composite fibres ME.

Magnetoelectric materials (ME) are functional composite materials composed of piezoelectric and magnetostrictive phases that have the particularity of transforming magnetic energy into electrical energy through the mediation of mechanical energy. The ME effect can be characterized by a magnetoelectric coefficient (V/Oe). This particular property generates growing interests in the scientific research and more specifically in the application of new energy transducers, magnetic sensors or variable inductances. It is in this context that the L2E began since 2012 the development of multiphysics finite element codes to study the ME materials. This thesis is the development of a 3D model combining the existence models of piezoelectric and magnetostrictive for the investigation of ME behavior from three aspects: Modeling of laminate composite, taking into account the nonlinearity of magnetostrictive through a multiscale model and the effect of eddy currents in dynamic regime; Study of different ME composite structures and the influence of geometries parameters on the performance of this material; Application of the homogenization principle to analyze the magnetoelectric behavior of ME composites composed of granular nanoparticles type 0-3 or fiber composite type 1-3.