Thèse Conception d'Inducteurs Utilisant des Supraconducteurs à Haute Température Critique pour des Applications en Électronique de Puissance Cryogénique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris Direction de la thèse : Loïc QUEVAL ORCID 0000000339344372 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 L'électronique de puissance joue un rôle de plus en plus crucial dans divers domaines tels que les entraînements électriques, les systèmes d'énergie renouvelable, les transports et les réseaux électriques. L'exploitation de systèmes électroniques à des températures cryogéniques, notamment autour de 77 K à l'aide d'azote liquide, constitue un axe de développement prometteur dans ce domaine [1]. À ces températures, les matériaux semi-conducteurs présentent des propriétés électriques, thermiques et électroniques améliorées, ce qui se traduit par une densité de puissance, un rendement et des performances globales du système accrus [2]. Ces innovations ont un impact particulièrement important dans des secteurs tels que l'aérospatiale et les véhicules électriques, où la réduction de la taille et du poids des systèmes est essentielle pour atteindre un rendement et des performances élevés.
Outre les semi-conducteurs, la supraconductivité s'est imposée comme un concept révolutionnaire dans la conception des réseaux électriques de pointe. Les supraconducteurs à haute température (HTS) font actuellement l'objet de recherches en vue de leur utilisation dans les moteurs, les générateurs, les modules de stockage d'énergie et les câbles électriques, offrant ainsi des améliorations significatives en termes de densité énergétique et de rendement. Ces avancées sont prometteuses pour le transport électrique et les réseaux intelligents, où les composants HTS pourraient considérablement améliorer les performances et la fiabilité des systèmes tout en réduisant l'empreinte globale des infrastructures [3] [4].
Au-delà des composants actifs, les éléments passifs tels que les condensateurs et les inductances jouent également un rôle essentiel dans la conception des convertisseurs cryogéniques. La recherche sur les inductances à noyau nanocristallin, amorphe ou en ferrite constitue un axe prioritaire, car ces matériaux réagissent différemment dans des conditions de basse température. Il est essentiel de développer des conceptions d'inductances optimisées pour les environnements cryogéniques et de comparer leurs pertes à celles des inductances fonctionnant à température ambiante afin d'évaluer les véritables avantages de ces systèmes. Cette approche holistique s'inscrit dans l'objectif plus large de créer une électronique de puissance plus efficace, plus compacte et plus durable pour les applications de nouvelle génération.
Ce projet de recherche vise à établir une méthodologie complète pour la conception et la spécification des inductances utilisées dans les convertisseurs statiques de puissance cryogéniques intégrant des rubans supraconducteurs à haute température (HTS) [5]. L'objectif principal est de mener une analyse approfondie des propriétés opérationnelles, des exigences de conception détaillées et des spécifications des composants magnétiques, qui jouent un rôle essentiel dans les performances des convertisseurs de puissance en conditions cryogéniques [6][7]. En comprenant le comportement de ces éléments dans des environnements à basse température, le projet vise à améliorer l'efficacité et la fiabilité des systèmes énergétiques cryogéniques.
Un volet essentiel de cette recherche consiste à analyser diverses configurations d'enroulements HTS couramment décrites dans la littérature, telles que les bobines « pancake » simples, les bobines « pancake » doubles et les bobines solénoïdes [8][9]. Chaque configuration présente des avantages et des compromis distincts en termes de performances, de facilité de fabrication et de gestion thermique. Ce projet évaluera ces conceptions existantes, comparera leur efficacité et explorera le potentiel de structures d'enroulement nouvelles ou optimisées susceptibles d'améliorer encore les performances des inductances dans les applications cryogéniques.

L'électronique de puissance cryogénique constitue une voie prometteuse pour accroître les performances des convertisseurs électriques. Si les supraconducteurs HTS sont largement étudiés pour les câbles et les machines électriques, leur utilisation dans les inductances de convertisseurs reste peu explorée. Cette thèse vise à combler ce manque en développant une approche de conception adaptée aux contraintes cryogéniques. Développer une méthodologie de conception d'inductances utilisant des rubans supraconducteurs à haute température critique (HTS) pour des convertisseurs statiques fonctionnant à température cryogénique. L'objectif est d'optimiser leurs performances électromagnétiques, thermiques et énergétiques afin d'améliorer la densité de puissance et le rendement des systèmes. Le travail reposera sur une étude bibliographique, la modélisation électromagnétique et thermique, la simulation numérique, l'optimisation de différentes architectures d'inductances HTS, puis leur validation expérimentale en environnement cryogénique.

Titulaire d'un master en génie électrique, électronique de puissance ou domaine connexe. Solides connaissances en électromagnétisme, composants magnétiques et électronique de puissance. Des compétences en modélisation numérique (MATLAB, éléments finis) sont appréciées. Un intérêt pour la supraconductivité et les systèmes cryogéniques est souhaité. Bon niveau d'anglais scientifique et aptitude au travail dans un contexte international.

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• Électronique de puissance
• Éléments finis
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