INTEGRATION DES ACIERS MAGNETIQUES EN ELECTROTECHNIQUE

• Main Author: Waeckerle, Thierry
• Language: FRE
• Published: 1997
• Subjects: [SPI] Engineering Sciences; [SPI] Sciences de l'ingénieur; Aciers électriques; électrotechnique; matériau magnétique; machines tournantes
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00913662; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/91/36/62/PDF/WAECKERLE_Th_1997_opt.pdf

La rencontre des aciers électriques et de l'électrotechnique est déjà une vieille histoire d'amour (plus de cent ans) avec de grands moments tels que le feuilletage des noyaux magnétiques et l'avènement des tôles à grains orientés pour l'aspect matériau, la découverte des mécanismes réglant l'aimantation des matériaux magnétiques et la formulation de modèles de comportement magnétique de plus en plus proche du matériau réel (tels les modèles développés par. Bertotti) pour l'aspect modélisation des matériaux. On pourrait alors croire que tout est fait et qu'une telle somme de recherches n'a pu que déboucher en pratique sur une optimisation "idéale" des dispositifs électrotechniques. En fait, il n'en est rien et beaucoup reste à faire pour intégrer de façon optimale et générale un acier électrique dans un dispositif électrotechnique ; les raisons de cette difficulté à optimiser un matériau dans une application donnée sont les suivantes : si la principale raison de très large utilisation des aciers électriques laminés est leur forte aimantation à saturation (2-2,15 T) alliée à un faible coût (quelques F/kg) et une grande facilité de production et d'utilisation, en revanche leurs fortes anisotropies magnétocristaïline et magnétostrictive sont des points faibles qui contrôlent dans le même rapport l'amplitude des phénomènes d'hystérésis, de non linéarité et d'anisotropie de la loi d'aimantation et dans certains cas les phénomènes de vibration. L'amplitude de ces caractéristiques intrinsèques aux aciers électriques à des conséquences déterminantes sur leur intégration dans les dispositifs : du fait de l'anisotropie, la seule façon d'améliorer sensiblement les performances magnétiques est de mieux contrôler la texture du matériau. Cela a été bien illustré par le développement des tôles G.O. pour transformateur : la texture de Goss qui y règne, est en effet avec la texture {100} <001> dite "cubique", la texture idéale pour optimiser un transformateur de puissance. En revanche, dans la plupart des autres cas d'application électrotechnique, le matériau idéal (c'est-à-dire souvent la texture) este à créer : quoiqu'en général ce matériau idéal soit bien cerné, c'est le procédé industriel de fabrication qui est toujours limitant. Les cas des aciers électriques pour machines tournantes et des tôles magnétiques pour utilisation en moyenne fréquence sont les 2 principaux axes de recherche de matériau approprié en électrotechnique, et je m'y suis donc attaché sous l'angle de la texture, principale voie d'amélioration potentielle. L'association des caractères affirmés de non linéarité, anisotropie et hystérésis a pour autre conséquence importante de rendre le matériau très complexe sur le plan de son comportement magnétique, et donc aussi sur le plan de la prédiction de celui-ci. En particulier, les hypothèses l'isotropie, de linéarité et d'univocité de la loi d'aimantation sont trop grossières pour pouvoir représenter correctement le comportement du matériau. Or la conception et l'optimisation des dispositifs électrotechniques procèdent de plus en plus par la modélisation électromagnétique ; celle-ci, pour accroître sa pertinence, s'appuie tout autant sur le développement d'outils, de méthodes et de moyens de calculs que sur l'intégration dans ses codes de modèles plus précis. La conception de modèles de comportement magnétique plus pertinents se situe à ce niveau et fait suite à un réel besoin e l'activité du L.E.G. en modélisation par éléments finis. Dans cette logique, je me suis donc attaché à réer et développer une activité de conception de modèles de comportement magnétique au sein du L.E.G.