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The aim of this thesis is to optimize the process of magnetization of superconducting pellets at high critical temperature (SHTC) by pulsed field magnetization (PFM) in order to use them in applications in the field of electrical engineering. In the design phase of the inductor necessary to magnetize these SHTC pellets, modeling and simulation are strongly recommended to perform the necessary calculations of the various electrical characteristics of the magnetization system. Therefore, we have developed an analytical model to study the influence of the presence of a superconducting bulk on the value of the inductance of an induction coil in a ferromagnetic circuit. The aim is to solve the Laplace and Poisson equations in different regions of interest through the magnetic vector potential. The analytical resolution was performed (carried out) using a computer code developed under MATLAB where the results obtained were in good agreement with those obtained by numerical simulation under COMSOL. The inhomogeneity of YBaCuO type SHTC pellets in terms of critical current density Jc was also investigated. To do this, we carried out experiments on the magnetization of these bulks by the PFM method. We have shown that the flat surface containing the crystallization germ (seed) of these pellets is characterized by a higher Jc than the other surface. Also, we studied the influence of the position of the seed crystallization in the two-pellet characterization method.; L’objectif de ce travail de thèse est d’optimiser le processus d’aimantation des pastilles supraconductrices à haute température critique (SHTC) par un champ magnétique impulsionnel ou PFM (Pulsed Field Magnetization) afin de les mettre en œuvre dans des applications dans le domaine de l’électrotechnique. Dans l’étape de conception de l’inducteur nécessaire pour magnétiser ces pastilles SHTC, la modélisation et la simulation sont fortement recommandées pour effectuer les calculs nécessaires des différentes caractéristiques électriques du système d’aimantation. De ce fait, nous avons développé un modèle analytique pour étudier l’influence de la présence d’une pastille supraconductrice dans un circuit ferromagnétique sur la valeur de l’inductance d’une bobine inductrice. Il s’agit de résoudre les équations de Laplace et de Poisson dans différentes régions d’intérêt à travers le potentiel vecteur magnétique. La résolution analytique a été effectuée à l’aide d’un code de calcul développé sous MATLAB où les résultats obtenus ont été en bonne concordances avec ceux obtenus par simulation numérique sous COMSOL. L’inhomogénéité des pastilles SHTC de type YBaCuO en termes de la densité de courant critique Jc a été également étudiée. Pour cela, nous avons réalisé des expériences de l’aimantation des ces pastilles par la méthode PFM. Nous avons montré que la surface plane contenant le germe de cristallisation (seed) de ces pastilles est caractérisée par une Jc plus élevée que l’autre surface. Ainsi, nous avons étudié l’influence de la position du germe de cristallisation dans la méthode de caractérisation à deux pastilles.

Poster; International audience; The characterization method of High Temperature Superconducting (HTS) bulks developed by GREEN lab described in previous papers is based on the measurement of the complete penetration magnetic field BP. This characterization method allows determining the critical current density JC and the n-value of the power law. The Jc inhomogeneity in axial and radial directions has to be taking account in the process of characterization. Especially the position of the hall sensors related to the seed of HTS bulk is very important and is studied and described in this paper. Many experiments were made to demonstrate this and numerical simulations were developed at the same time to validate theoretical deductions. This work should be a real improvement for the characterization of superconducting bulks.

Poster; International audience; In the design phase of the inductor required for the magnetization of High Temperature Superconductor (HTS) bulks, modeling and simulation are necessary for the design of this inductor. In this paper we have developed an analytical model to calculate the inductance for a coil of a ferromagnetic circuit with gap including a superconducting pellet. This model is based on the determination of the magnetic vector potential from solving the Laplace’s and Poisson’s equations in different regions of interest, using the separation of variables method in which the Cartesian coordinates are used. The boundary and continuity conditions between regions are considered to determine the global solution. This analytical resolution is carried out using a computation code developed under MATLAB. The results obtained are compared with those obtained by a numerical simulation based on the finite element method implemented under COMSOL. A remarkable concordance is observed between both approaches.

Oral; National audience; L’utilisation des matériaux supraconducteurs comme écrans magnétiques ou aimants permanents dans les applications en génie électrique tels que les moteurs électriques est envisagée depuis quelques années. Dans cet article est présenté un bilan des avancées des travaux sur les écrans et aimants supraconducteurs à travers l’étude des propriétés des différents matériaux, leurs performances et leurs applications. Les deux paramètres importants de ces éléments sont le champ magnétique de pénétration complète BP et la densité de courant critique JC. Ces paramètres sont liés aux performances d’écrantage et d’aimantation des matériaux considérés.

Poster; National audience; L’aimantation des supraconducteurs, notamment par des champs magnétiques impulsionnels, nécessite le dimensionnement correct de l’inducteur. Dans cet article, nous avons développé un modèle analytique dans le but de calculer l’inductance d’une bobine dans un circuit ferromagnétique avec entrefer contenant une pastille supraconductrice. Dans ce modèle, il s’agit de résoudre les équations de Laplace et de Poisson dans différentes régions d’intérêt à travers le potentiel vecteur magnétique. La résolution analytique s’effectue à l’aide d’un code de calcul développé sous MATLAB. Une simulation numérique sous COMSOL est également effectuée pour ce problème. Les deux méthodes sont comparées et les résultats coïncident parfaitement. L’expression analytique de l’inductance obtenue peut ainsi servir à dimensionner l’inducteur du système d’aimantation pour les supraconducteurs.

National audience; Toutes les méthodes d’aimantation des matériaux supraconducteurs sont basées sur la variation du champ magnétique appliqué qui résulte des caractéristiques de l’inducteur utilisé. Cependant, le moyen le plus commode et le plus courant est d'utiliser un champ magnétique pulsé. Dans ce travail, nous avons pu développer un modèle analytique qui a pour but de montrer l’effet de la présence d’une pastille supraconductrice sur la valeur de l’inductance d’une bobine circulaire de section transversale rectangulaire placée dans un circuit ferromagnétique avec entrefer. Ce modèle est basé sur la détermination du potentiel vecteur magnétique à partir de la résolution des équations de Laplace et de Poisson dans les différentes régions d’intérêt en utilisant la méthode de séparation des variables. Les coordonnées cartésiennes sont employées dans cette étude. Cette résolution analytique s’effectue à l’aide d’un code de calcul développé sous MATLAB. Les résultats sont ensuite comparés avec ceux obtenus par une simulation numérique basée sur la méthode des éléments finis implémentée sous COMSOL. Une concordance remarquable est observée entre les deux résultats.

International audience; This study consists in presenting an experimental study of an axial superconducting rotating machine. The inductor of the machine is based on the principle of magnetic concentration using bulks superconductors. The parameters of the machine are identified experimentally by carrying out static, dynamic, at the ambient temperature and at 77 K.

Poster; International audience; The development of cryo-magnets made with REBaCuO superconductors allows us to consider the generation of very intense magnetic field (up to 17 Tesla). This can be done with a pulsed magnetization system including one coil in the simplest case. Usually, sophisticated and complicated numerical modeling is needed to calculate electromagnetic characteristics of the inductor. Such modeling can be done, for example, using a Finite Element Analysis software to achieve a complex problem with the risk to need a readjustment of used parameters each time that we feel the numerical results are not satisfactory. For more flexibility, and in particular in the design stage, an analytical approach is proposed in the present paper with some assumptions, to calculate the magnetic vector potential components and deduce the magnetic field and inductance of the coil. This is done by the resolution of Laplace’s and Poisson’s equations in each region of interest, under Dirichlet and Newman conditions. The set of solutions is obtained with Fourier analysis and the magnetic field's expressions are given by special functions like Bessel and Legendre ones. Obtained results for the same proposed system is modeled and simulated with COMSOL Multiphysics, by the use of finite elements. Both approaches are compared and discussed.