Le Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI) est un Très Grand Equipement du CNRS permettant aux chercheurs de réaliser des expériences sous champ magnétique intense (ie. supérieur au champ pouvant être produit par des aimants supraconducteurs, soit 24 T). Actuellement, les aimants du LNCMI peuvent produire jusqu’a 36 T en champ statique, produit par des aimants résistifs alimentés grâce à une installation électrique de 24 MW. Ces aimants sont mis à la disposition de la communauté scientifique via des appels à projets deux fois par an, et répondent à un large spectre d’applications allant de la physique du solide à la supraconductivité ou encore la magnétoscience.

Dans un contexte de compétition internationale entre les laboratoires champs intenses, le LNCMI doit sans cesse repousser les limites des technologies utilisées pour la conceptions des aimants, en terme de matériaux et de design.

Champs de température dans un électro-aimant

Image : Aimant polyhélice. Les hélices sont des tubes de cuivre découpés en spires par électro-érosion. L’isolation électrique entre les spires est assurée, soit en introduisant de la colle epoxy dans les fentes (hélices dites “longitudinales”), soit grâce à des isolants disposés régulièrement entre les spires (hélices dites “radiales”). Ces aimants sont refroidis par circulation d’eau entre les hélices, et entre les spires pour les hélices radiales.

D’un point de vue ingéniérie, la conception de tels aimants nécéssite des modèles multi-physique non-linéaires réprésentatifs des phénomènes physiques mis en jeu (électromagnétisme, thermique, mécanique, hydraulique, …). Ces modèles doivent être validés et certifiés pour garantir les spécifications, par exemple l’homogénéité du champ pour les applications de Résonance Magnétique Nucléaire. Ils doivent s’adapter facilement à tout type de géométrie et de matériaux. Enfin, les incertitudes sur les propriétés des matériaux, les conditions de fonctionnement de l’aimant ainsi que les tolérances géométriques liées au montage des aimants doivent aussi être évaluées pour fiabiliser le design tout en gardant des temps de calcul raisonnable.

Ces modèles doivent donc répondre à des conditions de généricité, d’efficacité, de prise en compte des incertitudes et de contrôle de l’erreur.

L’objectif du projet HiFiMagnet est le développement d’une gamme de modèles 3D couplés non linéaires multi-physiques adaptés à l’étude des aimants champs intenses et répondant à ces défis en utilisant : – le calcul haute performance pour bénéficier d’un temps de calcul raisonnable (problèmes de grande taille) – des techniques d’adaptation de maillage et d’estimation d’erreur a posteriori pour controler les erreurs d’approximation numérique – des méthodes de réduction d’ordre (méthode des bases réduites) pour réaliser études paramétriques et analyses de sensibilité à moindre coût

Image : Comportement de la température dans un hélice radiale en fonctionnement (modèle electrothermique couplé non linéaire).

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  • C. Prud’homme (christophe.prudhomme@cemosis.fr),
  • C.Trophime (christophe.trophime@lncmi.cnrs.fr),
  • C. Daversin (daversin@math.unistra.fr)
  • R. Hild (romain.hild@unistra.fr)

 

 

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