Laurent MOREL soutient son HDR le 14 juin 2016 à 14h - UCBL, salle de conférence de la bibliothèque universitaire de sciences, 20 Av. Gaston Berger.
Titre :
Contribution à la modélisation du magnétisme pour le génie électrique.
Instrumentation en milieux naturels karstiques.
Jury :
Rapporteurs : Afef Lebouc, Daniel Matt, Christophe Espanet
Examinateurs : Richard Maire, Noël Burais, Hubert Razik
Résumé :
Accroître l’efficacité énergétique, diminuer l’encombrement et le poids des dispositifs électromagnétiques amènent les matériaux à travailler dans des conditions de hautes températures, de forts niveaux de contraintes mécaniques et de fréquences élevées. Ces limites sont constamment repoussées et nous obligent à aller vers plus de connaissance, vers une modélisation plus fine et exigeante. Même si les puissances de calculs numériques augmentent régulièrement, nous devons continuer à développer des méthodes efficaces en termes de temps de calcul et de complexité afin de permettre aux concepteurs d’être plus réactifs dans la prise de décision pour mieux appréhender, comprendre et optimiser le système étudié. C’est dans ces axes que nous avons essayé d’amener nos contributions.
Depuis de nombreuses années, le laboratoire Ampère possède une expérience dans la caractérisation des matériaux magnétiques et la modélisation de leur comportement
macroscopique. La modélisation des matériaux dans leur environnement nécessite de posséder des compétences dans des domaines différents comme : la physique des matériaux, le génie électrique, la thermique, les méthodes numériques, la caractérisation et l’expérimentation. Ils existent de nombreux modèles permettant la modélisation des cycles d’hystérésis statique et dynamique, en macroscopique et microscopique. La recherche d’un modèle idéal capable de modéliser tous les matériaux quelles que soient leurs conditions de travail, quelle que soit l’échelle d’étude est loin d’être aboutie. Il existe une multitude de modèles mais aucun est en parfait accord avec la réalité. Il n’existe pas de modèle unique pour un matériau, mais des modèles pour des matériaux. Des apports sur la prise en compte de la température, du vieillissement ainsi que le couplage de différentes méthodes adapté pour une application donnée ont été proposés. Tout l’art du concepteur est de « savoir jongler » avec la mise en forme possible des matériaux, de leurs propriétés, de leur prix fluctuant sur les marchés boursiers et bien d’autres paramètres.
Dès 2007, des travaux sur la haute température ont été initiés dans notre équipe. Nous avons étudié l’influence de la température sur des phénomènes réversibles et non-réversibles ainsi que leur modélisation d’un point de vue macroscopique. La température a de fortes conséquences sur l’ensemble des propriétés des matériaux magnétiques. Plusieurs applications et exemples ont montré la pertinence d’une telle démarche. Plus récemment, l’étude de la stabilité des propriétés magnétiques a montré que des phénomènes non-réversibles peuvent apparaître pour un couple température / temps d’exposition. La température de 200° avec des points chauds à 250° devient progressivement un nouveau standard de fonctionnement. Il est donc nécessaire de prendre en compte finement les phénomènes liés à cette nouvelle contrainte thermique, ceci dès la phase de conception afin de pouvoir assurer un fonctionnement optimal du système sur toute la durée de vie.
Le couplage de méthodes, réseaux de réluctances - tubes de flux dynamiques, tubes de flux dynamiques - éléments finis ou encore le couplage multi physique thermique - magnétique apportent aux concepteurs de nouvelles solutions pour la résolution de systèmes complexes. L’influence des propriétés magnétiques sur les grandeurs temporelles peut être étudiée finement ainsi que l’influence de la température sur les performances des systèmes électriques. L’intérêt de disposer de tels modèles permet de tester virtuellement le fonctionnement du dispositif dans toutes les conditions comme nous l’avons montré sur des applications.
En parallèle de ces travaux et depuis 1996 de nouvelles centrales d’instrumentations ont été développées pour l’hydrologie du karst. Des capteurs autonomes sur plusieurs mois voire plusieurs années ont été conçus. Ils répondent à de nouvelles thématiques et mesurent différents types de grandeurs physiques. Ils apportent de nouvelles données et de nouvelles connaissances relatives au milieu karstique. Une des difficultés est de trouver la grandeur à mesurer et où la mesurer. Dans certains cas, les campagnes de mesures nécessitent de véritables expéditions pour aller installer ces appareils. Des enregistrements sur plusieurs années ont été effectués. Sur chacun de ces capteurs et centrales d’acquisition, nous essayons de repousser au maximum les rapports performance / prix / autonomie / poids. De nombreuses campagnes de mesures ont été et sont effectuées sur plusieurs sites avec des problématiques différentes, qui ont été choisis pour leurs particularités et ou leurs caractères exceptionnels.