Thèse soutenue

Participation in the development of a high field 30T using REBaCuO magnet
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Auteur / Autrice : Mohamad Rajab Alharake
Direction : Olivier HubertPhilippe Fazilleau
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des matériaux
Date : Soutenance le 21/03/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2022-....)
référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Jacques Guillaume Noudem
Examinateurs / Examinatrices : Michel Coret, François Debray, Laurence Bodelot
Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Coret, François Debray

Mots clés

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Résumé

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Les supraconducteurs se divisent en deux catégories, les supraconducteurs à basse température critique (Low Temperature Superconductors i.e. LTS) et les supraconducteurs à haute température critique (High Ttemperature Superconductors i.e. HTS). Avec les LTS, des limitations strictes sont imposées sur la température d'utilisation (<14 K) et le champ magnétique de fonctionnement (<28 T). Des températures de refroidissement (jusqu’à 93 K pour le REBCO) et des champs magnétiques plus élevés (> 100 T) sont possibles en utilisant les supraconducteurs HTS. Récemment, divers projets et applications R&D à très haut champ (RMN, IRM, fusion…) aux températures cryogéniques (4-20 K) sont devenus envisageables avec la baisse significative du coût des rubans HTS. Plusieurs prototypes d’électro-aimants ont été réalisés et testés pour obtenir des champs élevés à l’aide de rubans REBCO. L'aimant "Nougat" a par exemple atteint un champ record central de 32.5 T, dont 14.5 T provenait d'un bobinage interne en REBCO seul et 18 T d’un bobinage externe résistif; cet aimant est composé d’un empilement de "galettes" REBCO utilisant un bobinage à isolation métallique (metal as insulation i.e. MI). Les bobinages MI offrent une protection passive contre les points chauds (quench i.e. transition de l’état supraconducteur à l’état résistif) grâce à leur capacité de dérivation du courant dans les tours adjacents au travers de cette isolation. Ce ruban à haute limite d'élasticité sert également de renfort mécanique additionnel. Des calculs préliminaires ont cependant montré qu'au cours d'un fonctionnement nominal, les forces Laplace sont si importantes que la contrainte radiale qui assure la mise en contact des spires peut devenir positive sur une large portion de la bobine. Une contrainte radiale positive indique que les spires sont en passe de séparation, mettant en péril la conduction électrique indispensable pour assurer la protection contre les points ch auds. L'objet de cette thèse est d'offrir une meilleure compréhension du comportement mécanique des bobines électromagnétiques plates en MI REBCO soumis à différents chargements (bobinage avec pré-tension, refroidissement et alimentation électrique), grâce à la mise en place d'une modélisation analytique et à sa validation expérimentale. La mise en place de ce modèle a nécessité des développements de mécanique des milieux continus, l’identification de paramètres matériau à l'aide d’essais de traction et de compression diamétrale suivis par corrélation d’images numériques (CIN), et la construction d'un banc cryogénique pour permettre des mesures in-situ du champ de déplacement d'une galette en MI-REBCO au cours des étapes de mise à froid et d'alimentation électrique.