Contribution à la modélisation 3D du champ électromagnétique dans les supraconducteurs à haute température critique

Contribution to 3D electromagnetic field modeling in high temperature superconductors

• Auteur / Autrice : Mohamad Farhat
• Direction : Melika Hinaje, Hocine Menana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 27/09/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en énergie électrique de Nancy (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Didier Trichet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Marchand, Jean-Frédéric Charpentier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claude Marchand, Jean-Frédéric Charpentier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anisotropie

Supraconducteurs à hautes températures

Simulation par ordinateur

Champs électromagnétiques

Mots clés libres

Modélisation numérique

Supraconducteur

Anisotopie

Numerical modelling

Superconductor

Anisotropy

Résumé

Les matériaux supraconducteurs présentent des propriétés physiques et géométriques particulières qui exigent des approches de modélisation spatio-temporelle fines, où les méthodes classiques trouvent rapidement leurs limites en termes de convergence, de précision et de temps de calcul. Ce dernier peut être très conséquent, ce qui est incompatible avec les problèmes de dimensionnement et d’optimisation. Dans ce contexte, ce travail a pour objectif de développer des approches de modélisation multiphysique rapides pour le dimensionnement et l’optimisation des systèmes à base de supraconducteurs. Un intérêt particulier est porté pour les méthodes intégrales. Les verrous scientifiques à lever, qui constituent également l’originalité du travail, résident dans l’intégration des lois de comportement E(J) des supraconducteurs dans les schémas numériques de ce type de méthodes. Dans ce travail on développe un modèle numérique afin d’étudier la distribution de la densité de courant et d’estimer les pertes AC dans les supraconducteurs à haute température (HTS). Le modèle développé est basé sur une formulation intégro-différentielle en termes de potentiel vecteur électrique dans les deux domaines fréquentiel et temporel. Une campagne de test est menée afin de valider et de bien cerner les possibilités offertes et les limites de cette approche pour la modélisation des supraconducteurs.

Superconducting materials have particular physical and geometric properties that require spatial-temporal modeling approaches fines, where conventional methods quickly reach their limits in terms of convergence, precision and computational time. The latter can be very consistent, which is incompatible with the design and optimization problems. In this context, this work aims to develop rapid multiphysics modeling approaches for the design and optimization of superconductor-based systems. Particular attention is paid to the integral methods. Scientific obstacles to overcome, which also constitute the originality of the work lies in the integration of behavior laws E (J) of superconducting digital patterns of such methods. A numerical model is developed for a rapid computation of eddy currents in multifilamentary high temperature superconductive (HTS) for the evaluation of AC losses. The developed model is based on an integro-differential formulation in terms of the electric vector potential in the frequency and temporal domains. A test campaign is conducted to validate and clearly identify the possibilities and limitations of this approach for modeling superconductors.