Développement d'une méthode calorimétrique de mesure des pertes ac pour des rubans supraconducteurs à haute température critique

Abstract

Le travail de recherche effectué dans le cadre de ce projet de doctorat a permis la mise au point d'une méthode de mesure des pertes ac destinée à l'étude des supraconducteurs à haute température critique. Pour le choix des principes de cette méthode, nous nous sommes inspirés de travaux antérieurs réalisés sur les supraconducteurs conventionnels, afin de proposer une alternative à la technique électrique, présentant lors du début de cette thèse des problèmes liés à la variation du résultat des mesures selon la position des contacts de tension sur la surface de l'échantillon, et de pouvoir mesurer les pertes ac dans des conditions simulant la réalité des futures applications industrielles des rubans supraconducteurs: en particulier, cette méthode utilise la technique calorimétrique, associée à une calibration simultanée et in situ. La validité de la méthode a été vérifiée de manière théorique et expérimentale: d'une part, des mesures ont été réalisées sur des échantillons de Bi-2223 recouverts d'argent ou d'alliage d'argent-or et comparées avec les prédictions théoriques données par Norris, nous indiquant la nature majoritairement hystérétique des pertes ac dans nos échantillons; d'autre part, une mesure électrique a été réalisée in situ dont les résultats correspondent parfaitement à ceux donnés par notre méthode calorimétrique. Par ailleurs, nous avons comparé la dépendance en courant et en fréquence des pertes ac d'un échantillon avant et après qu'il ait été endommagé. Ces mesures semblent indiquer une relation entre la valeur du coefficient de la loi de puissance modélisant la dépendance des pertes avec le courant, et les inhomogénéités longitudinales du courant critique induites par l'endommagement. De plus, la variation en fréquence montre qu'au niveau des grosses fractures transverses créées par l'endommagement dans le coeur supraconducteur, le courant se partage localement de manière à peu près équivalente entre les quelques grains de matière supraconductrice qui restent fixés à l'interface coeur-enveloppe, et le revêtement en alliage d'argent. L'intérêt d'une méthode calorimétrique par rapport à la technique électrique, plus rapide, plus sensible et maintenant fiable, réside dans la possibilité de réaliser des mesures de pertes ac dans des environnements complexes, reproduisant la situation présente par exemple dans un câble de transport d'énergie ou dans un transformateur. En particulier, la superposition d'un courant dc en plus du courant ac habituel nous a permis d'observer expérimentalement, pour la première fois à notre connaissance, un comportement particulier des pertes ac en fonction de la valeur du courant dc décrit théoriquement par LeBlanc. Nous avons pu en déduire la présence d'un courant d'écrantage Meissner de 16 A, ce qui nous permet de déterminer les conditions dans lesquelles une réduction du niveau de pertes ac pourrait être obtenue par application d'un courant dc, phénomène dénommé"vallée de Clem".