Réalisation d'un Inducteur de machine supraconductrice – REIMS

Les moteurs et alternateurs supraconducteurs sont une solution particulièrement intéressante pour la propulsion électrique et la production d'énergie électrique. Ces dispositifs supraconducteurs permettent d'obtenir des puissances et couples massiques et volumiques très élevés. Par ailleurs, le rendement élevé de ces machines, les rends intéressantes en termes d'économie d'énergie. Un des buts, est de trouver de nouvelles structures de machine supraconductrice ou d'optimiser celles déjà existantes. Un des défis techniques étant que les enroulements supraconducteurs doivent être refroidis à quelques dizaines de Kelvin et reliés, pour transmettre le couple, à l'environnement extérieur à la température ambiante, avec le minimum de pertes thermiques.
Parmi toutes les réalisations on peut distinguer quelques grands domaines de puissance. Tout d'abord, il y a les petites machines d'une puissance inférieure à 10 kW. Il s'agit essentiellement de prototypes de laboratoire construits en milieu universitaire permettant d'étudier toutes les topologies de moteurs imaginables et de valider des principes de fonctionnement. Au-delà, il y a des machines dont la puissance est comprise entre 10 et 100 kW. Ces machines sont intermédiaires entre des machines de laboratoire et des démonstrateurs industriels. Leur puissance, relativement importante, permet de valider des solutions techniques et d'étudier des topologies de machine sortant des sentiers battus. Puis il y les moteurs ou alternateurs supraconducteurs de forte puissance. Ces projets concernent tous des démonstrateurs industriels destinés à vérifier la faisabilité de telles machines à grande échelle et à éventuellement les implanter sur un site d'usage.
Il est possible de remplacer les bobinages en cuivre d'un inducteur par des fils supraconducteurs. Cependant une autre solution existe: fabriquer des aimants supraconducteurs. Dans le premier cas, nous bénéficions des capacités élevées en courant de transport des fils supraconducteurs, dans le deuxième cas, nous utilisons la capacité des matériaux supraconducteurs massifs à piéger des champs magnétiques importants. Il est nécessaire de comparer les performances de ces deux types d'inducteurs. Parmi les problèmes posés, il y a la nécessité d'aimanter les matériaux supraconducteurs in situ. Le comportement de l'aimant supraconducteur lorsqu'il est soumis à un champ magnétisant est un des points cruciaux. Un des enjeux du projet que nous proposons est donc de vérifier s'il est possible de réaliser un inducteur supraconducteur avec des aimants supraconducteurs et de le comparer avec un inducteur conçu avec des fils supraconducteurs.
Ce projet de recherche industrielle est articulé en deux volets : une démarche très concrète qui vise à intégrer des éléments supraconducteurs suivant des spécifications précises dans un moteur électrique cible pré dimensionné dans un but de démonstration et de validation, puis, une démarche prospective qui vise à exploiter ces résultats sur des dispositifs de plus grande dimension ou sur des machines tournantes à grande vitesse. Ces démarches visent aussi à évaluer le potentiel des matériaux et leurs impacts sur les topologies des machines et les systèmes de cryogénie associés.