Effet de la déformation sur le vieillissement magnétique : approche expérimentale et modélisation – MASTERMIND2

Afin de réduire la part d’énergie consommée par les motorisations électriques dans l’industrie (45% de l’énergie électrique produite au sein de l’union européenne), la règlementation européenne est de plus en plus stricte en matière de classification de leurs rendements énergétiques. Pour atteindre ces objectifs, il est nécessaire d’améliorer l’efficacité énergétique de ces dispositifs en agissant sur les pertes magnétiques (ou pertes fer), l’un des postes de pertes qui reste encore à optimiser. De même, dans les applications embarquées, notamment dans le secteur de la mobilité électrique en très forte croissance, l’efficacité énergétique est aussi étroitement liée aux performances des motorisations électriques (autonomie, échauffement …) et les pertes fer doivent être, sinon maîtrisées, au moins minimisées.
Dans ce contexte, le projet Mastermind2 vise à modéliser et réduire les pertes fer dues au vieillissement magnétique, phénomène de dégradation des propriétés magnétiques des aciers doux dans les moteurs électriques en utilisation. Ce phénomène de vieillissement magnétique n’est pas négligeable puisqu’il peut conduire à un accroissement des pertes fer de 15% et plus. Il n’existe pas actuellement dans la littérature de modèles décrivant le vieillissement magnétique ou du moins liant l’ensemble des phénomènes à l’échelle de la microstructure aux pertes fer à l’échelle macroscopique. L’originalité du projet repose donc sur le développement de modèles macroscopiques capables d’évaluer avec précision l’évolution des pertes fer pendant les cycles d’utilisation des machines électriques modernes en s’appuyant sur une meilleure compréhension des mécanismes physiques se produisant à l’échelle nanométrique. En effet, lors de l’utilisation des moteurs, les aciers électriques peuvent atteindre des températures de fonctionnement de l’ordre de 150 à 200°C, gamme de température propice à la précipitation de carbures dans les aciers électriques. Ces carbures entrent en interaction avec les parois de domaines magnétiques et en modifient la mobilité, augmentant ainsi les pertes magnétiques. La démarche scientifique proposée repose sur une approche de caractérisation multi-échelles associée à une modélisation multi-physique. Les données expérimentales recueillies pour la construction du modèle et sa validation seront obtenues dans des conditions typiques de mise en œuvre et d’utilisation. La robustesse du modèle sera validée sur différentes nuances d’aciers électriques utilisées dans les moteurs industriels et les véhicules électriques.
Pour mener à bien ce projet, la complémentarité des expertises des trois partenaires du consortium sera mise à profit : l’IM2NP est reconnu pour ses compétences en caractérisation à l’échelle nanométrique en utilisant des techniques de pointe telles que la microscopie électronique en transmission ou la sonde atomique tomographique, le MSMP a développé une expertise dans le lien procédés / microstructure / propriétés dans le cadre de nombreuses études industrielles appliquées en métallurgie, enfin le L2EP possède des compétences reconnues en génie électrique, plus particulièrement dans la caractérisation et la modélisation macroscopique du comportement magnétique des aciers utilisés dans les machines électriques.
Outre les retombées scientifiques dans le domaine des Sciences des Matériaux et du Génie Électrique, ce projet sera l’occasion de rapprocher ces deux communautés scientifiques qui interagissent peu et de créer de nouvelles synergies. Les résultats obtenus lors de ce projet déboucheront aussi sur des travaux de recherche plus appliqués dans le cadre de partenariats industriels.