Analyse mécanique à petite échelle de supraconducteurs revêtus de REBCO à des températures cryogéniques (MARS) – MARS

Les supraconducteurs à haute température critique (HTS) à base d’oxydes mixtes de baryum, de cuivre et de terre rare (REBCO) sont les principaux candidats pour les aimants à très haut champ magnétique destinés à de nombreuses applications modernes telles que la fusion nucléaire, les moteurs électriques, l’imagerie médicale, les grands instruments, etc. Ils se présentent sous la forme d’un ruban, lui-même constitué d’un empilement de couches minces micrométriques de différentes natures (céramiques/métaux) et propriétés mécaniques (rigide/souple, dur/mou, fragile/tenace). Pour faire suite aux succès obtenus dans le développement des performances fonctionnelles des HTS, le prochain grand défi concerne leur intégrité structurale. En effet, dans des champs magnétiques aussi intenses, les forces électromagnétiques induisent d'énormes contraintes mécaniques (> 1 GPa) pouvant endommager les couches minces, les délaminer, et finalement entraîner la défaillance du dispositif.
Le projet MARS vise à caractériser le comportement mécanique des couches HTS à base de REBCO à l'échelle de leur épaisseur (micrométrique), de leurs interfaces et à des températures cryogéniques (100 K) afin de l'associer à leurs performances supraconductrices. Les propriétés obtenues seront mises en perspective d’une étude microstructurale. Enfin, une attention sera portée sur la transition d’échelle entre les propriétés microscopiques et macroscopiques. L'hypothèse de travail centrale est que l'intégrité structurale et les performances fonctionnelles des HTS à grande échelle sont régies par le comportement mécanique de leurs constituants à petite échelle. Grâce au support d'experts en mécanique, métallurgie et physique, MARS combine donc des essais micromécaniques in situ MEB dans des conditions cryogéniques, des analyses microstructurales, des mesures de propriétés supraconductrices et des modèles analytiques et numériques multi-échelles.