Contribution à l'étude de la conversion d'énergie magnétostrictive : du matériau au dispositif

 

Doctorant : Otmane LAHYAOUI

Directeurs de thèse : Vincent LANFRANCHI et Nicolas BUIRON

 

Contexte de l’étude : Les matériaux magnétostrictifs (qui se déforment sous l’effet d’un champ magnétique) assurent une conversion de l’énergie électromagnétique en énergie mécanique. Ces matériaux voient également leur état magnétique modifié par les contraintes mécaniques, ils sont donc utilisables dans de nombreux dispositifs mécatroniques : actionneurs, capteurs, systèmes de récupération d’énergie, compensation de vibrations.
Il existe une grande diversité de matériaux magnétostrictifs, des alliages ferromagnétiques s’aimantant facilement mais se déformant peu, aux matériaux magnéto-rhéologique plus difficiles à aimanter mais présentant de grandes déformations.

Figure : Structure ferromagnétique en domaines de Weiss et photo d’un matériau

Le choix de ces matériaux, la maîtrise de leur comportement et leur intégration dans des dispositifs nécessite non seulement une connaissance de leurs propriétés d’usage, mais une compréhension de leur évolution sous différents types de sollicitations
Cette étude fait suite à des travaux conjoints entre 2 laboratoires de l’UTC : le LEC et ROBERVAL.

Ces travaux ont déjà donné des résultats sur les méthodes de caractérisation magnétomécanique de tôles FeSi pour transformateur à l’aide de différents dispositifs d’études expérimentales.
Ces caractérisations ont permis d’alimenter une première modélisation du comportement magnétostrictif comme présenté à la figure ci-dessous.

Figure : variation de l’aimantation d’un matériau soumis à un champ d’excitation magnétique (à gauche), comparaison modèle UTC/expérimentations de la magnétostriction en fonction de l’aimantation sous différents angles d’excitation (droite).

Objectifs de l’étude : L’objectif final est de participer à la création d’outils de modélisation capables de maitriser le comportement magnétostrictif dans des dispositifs mécatroniques complexes. Il n’y a pas de restriction sur les dispositifs dans un premier temps : le comportement magnétostrictif peut être subi, comme dans le cadre des vibrations des transformateurs, mais il peut être souhaité pour la conception d’actionneur, capteurs ou générateurs.