Contribution à l'étude des phénomènes de couplage magnéto-mécanique dans les matériaux ferromagnétiques doux et durs

Contribution to the study of magneto-mechanical coupling phenomena in soft and hard ferromagnetic materials

• Auteur / Autrice : Abderraouf Ouazib
• Direction : Laurent Daniel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Référent : CentraleSupélec
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Martino Lo bue, Floran Martin, Marie-Ange Raulet, Laurent Bernard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Ange Raulet, Laurent Bernard

Mots clés

Mots clés libres

Caractérisation expérimentale

Lois de comportement

Matériaux ferromagnétiques doux et durs

Fatigue fonctionnelle

Pertes magnétiques

Experimental characterization

Constitutive equations

Soft and hard ferromagnetic materials

Functional fatigue

Magnetic losses

Résumé

Les matériaux ferromagnétiques sont couramment utilisés dans la réalisation de machines électriques, d'actionneurs et de transducteurs. En fonctionnement ou lors de leur mise en forme, ces matériaux sont soumis à différents types de sollicitations mécaniques susceptibles de modifier leur comportement magnétique. Ce travail de recherche explore les phénomènes de couplage magnéto-mécanique dans deux types de matériaux ferromagnétiques : les matériaux durs (aimants) et les matériaux doux. Ces travaux expérimentaux reposent sur la plateforme expérimentale disponible au GeePs. La première partie se concentre sur la caractérisation des matériaux ferromagnétiques durs, dont les effets des contraintes statiques et dynamiques sont encore peu documentés. En développant des méthodes expérimentales appropriées, des mesures des variations des propriétés magnétiques sous contraintes statiques et dynamiques ont été réalisées, notamment à travers l'étude des phénomènes de fatigue fonctionnelle. Ces expériences ont permis de mieux comprendre comment les contraintes influencent les paramètres clés pour les applications industrielles, tels que les caractéristiques des cycles d'hystérésis sous contraintes statiques et l'induction rémanente sous contraintes cycliques. L'analyse de ces résultats a été approfondie à l'aide d'une approche de modélisation multiéchelle. Cette approche permet de décrire le comportement des matériaux et de fournir une interprétation plus fine des effets observés. Par ailleurs, les matériaux ferromagnétiques doux, largement utilisés dans les circuits magnétiques des machines électriques, ont été étudiés sous l'angle des pertes magnétiques. L'étude expérimentale s'est focalisée sur la compréhension de la manière dont ces pertes évoluent sous l'effet de contraintes mécaniques, notamment en présence de phénomènes tels que l'effet de peau. Les résultats obtenus révèlent des comportements complexes et inattendus nécessitant une étude interprétative plus poussée pour expliquer les variations observées. Ce travail contribue ainsi à une meilleure compréhension des interactions entre contraintes mécaniques et propriétés magnétiques, ouvrant la voie à des améliorations dans la conception de dispositifs électromagnétiques. Les contributions de cette étude peuvent être étendues à d'autres matériaux et configurations, favorisant le développement de systèmes plus fiables et performants dans divers contextes industriels.

Ferromagnetic materials are commonly used in the development of electrical machines, actuators, and transducers. During operation or processing, these materials are subjected to various types of mechanical stresses that can alter their magnetical behavior. This research explores the phenomena of magneto-mechanical coupling in two types of ferromagnetic materials: hard materials (magnets) and soft materials. These experimental studies are based on the experimental platform available at GeePs. The first part focuses on the characterization of hard ferromagnetic materials, whose responses to static and dynamic stresses are still poorly documented. By developing appropriate experimental methods, measurements of the variations in magnetic properties under static and dynamic stresses were conducted, particularly through the study of functional fatigue phenomena. These experiments helped to better understand how mechanical stresses influence key parameters for industrial applications, such as the characteristics of hysteresis cycles under static stress and remanent induction under cyclic stress. The analysis of these results was further refined using a multi-scale modeling approach. This approach allows for a detailed description of the material behavior and provides a better interpretation of the observed effects. Additionally, soft ferromagnetic materials, which are widely used in the magnetic circuits of electrical machines, were studied in terms of magnetic losses. The experimental study focused on understanding how these losses evolve under mechanical stress, particularly in the presence of phenomenas such as the skin effect. The results revealed complex and unexpected behaviors, requiring further interpretative analysis to explain the observed variations. This work thus contributes to a better understanding of the interactions between mechanical stresses and magnetic properties, paving the way for improvements in the design of electromagnetic devices. The findings of this study can be extended to other materials and configurations, promoting the development of more reliable and efficient systems in various industrial contexts.