Caractérisation et modélisation des matériaux supraconducteurs à haute température critique

Characterization and modeling of HTS material

• Auteur / Autrice : Mohamed Elbaa
• Direction : Bruno Douine, Mohamed Halit, El Hadj Ailam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 21/12/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université de Laghouat (Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en énergie électrique de Nancy (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Ibn Khaldoun Lefkaier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Douine, Mohamed Halit, El Hadj Ailam, Afef Kedous-Lebouc, Mohamed Sidoumou, Kévin Berger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Afef Kedous-Lebouc, Mohamed Sidoumou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Techniques des impulsions (électronique)

Aimantation

Inductance

Supraconducteurs à hautes températures

Mots clés libres

Supraconducteur

Modélisation analytique

Inductance

Aimantation

Champ magnétique impulsionnel

Caractérisation

Superconductor

Analytical modeling

Inductance

Superconductor, Analytical modeling, Inductance, Magnetization

Pulsed magnetic field

Characterization

Résumé

L’objectif de ce travail de thèse est d’optimiser le processus d’aimantation des pastilles supraconductrices à haute température critique (SHTC) par un champ magnétique impulsionnel ou PFM (Pulsed Field Magnetization) afin de les mettre en œuvre dans des applications dans le domaine de l’électrotechnique. Dans l’étape de conception de l’inducteur nécessaire pour magnétiser ces pastilles SHTC, la modélisation et la simulation sont fortement recommandées pour effectuer les calculs nécessaires des différentes caractéristiques électriques du système d’aimantation. De ce fait, nous avons développé un modèle analytique pour étudier l’influence de la présence d’une pastille supraconductrice dans un circuit ferromagnétique sur la valeur de l’inductance d’une bobine inductrice. Il s’agit de résoudre les équations de Laplace et de Poisson dans différentes régions d’intérêt à travers le potentiel vecteur magnétique. La résolution analytique a été effectuée à l’aide d’un code de calcul développé sous MATLAB où les résultats obtenus ont été en bonne concordances avec ceux obtenus par simulation numérique sous COMSOL. L’inhomogénéité des pastilles SHTC de type YBaCuO en termes de la densité de courant critique Jc a été également étudiée. Pour cela, nous avons réalisé des expériences de l’aimantation des ces pastilles par la méthode PFM. Nous avons montré que la surface plane contenant le germe de cristallisation (seed) de ces pastilles est caractérisée par une Jc plus élevée que l’autre surface. Ainsi, nous avons étudié l’influence de la position du germe de cristallisation dans la méthode de caractérisation à deux pastilles.

The aim of this thesis is to optimize the process of magnetization of superconducting pellets at high critical temperature (SHTC) by pulsed field magnetization (PFM) in order to use them in applications in the field of electrical engineering. In the design phase of the inductor necessary to magnetize these SHTC pellets, modeling and simulation are strongly recommended to perform the necessary calculations of the various electrical characteristics of the magnetization system. Therefore, we have developed an analytical model to study the influence of the presence of a superconducting bulk on the value of the inductance of an induction coil in a ferromagnetic circuit. The aim is to solve the Laplace and Poisson equations in different regions of interest through the magnetic vector potential. The analytical resolution was performed (carried out) using a computer code developed under MATLAB where the results obtained were in good agreement with those obtained by numerical simulation under COMSOL. The inhomogeneity of YBaCuO type SHTC pellets in terms of critical current density Jc was also investigated. To do this, we carried out experiments on the magnetization of these bulks by the PFM method. We have shown that the flat surface containing the crystallization germ (seed) of these pellets is characterized by a higher Jc than the other surface. Also, we studied the influence of the position of the seed crystallization in the two-pellet characterization method.