Influence des conditions de refroidissement sur le comportement magnétostrictif des matériaux ferromagnétiques - approche par modèle biphasé

Un fort accroissement des matériels électriques est envisagé dans le domaine des transports, notamment aéronautiques. L'électrification de la chaîne de puissance nécessite, à spécifications égales, une masse et un volume plus importants des équipements par rapport aux précédentes solutions. Le bruit émis par ces systèmes (en particulier les transformateurs de puissance) n'est alors plus admissible. Des solutions matériau innovantes sont donc recherchées, allant de paire avec le développement de modèles prédictifs de ce bruit. Dans un transformateur le bruit acoustique est provoqué par des déformations périodiques de l'ensemble des tôles. Cette déformation a deux origines : i) les forces d'origine magnétique, associées aux gradients d'aimantation (effet structure communément appelé « effet de forme ») ; ii) la déformation de magnétostriction, déformation libre dépendant de l'état magnétique local du matériau. De par les géométries et les assemblages réalisés, seul ce deuxième type de déformation peut avoir une contribution significative au bruit perçu [1]. Des solutions à magnétostriction réduite sont alors recherchées par les métallurgistes nécessitant pour cela de tester différentes configurations matériau. Le modèle multi échelle magnéto-mécanique développé au LMT depuis plus d'une dizaine d'années a montré de très bonnes capacités à pouvoir restituer le comportement magnétostrictif de nombreux matériaux [1-5]. Il peut à l'inverse permettre de définir des configurations idéales aboutissant à des comportements désirés tels qu'une magnétostriction de faible amplitude sur une gamme d'induction étendue. Parmi ces configurations, la structure bi-domaines qu'on retrouve par exemple dans les fer-silicium à grains orientés [4] semble la plus appropriée. Le comportement obtenu est cependant beaucoup trop anisotrope pour rendre cette solution viable. En revanche, on montre qu'une structure bi-domaines au sein d'un polycristal isotrope peut conduire à des déformations faibles relativement isotropes dans le plan de la tôle mais sur une gamme d'induction plus réduite. Les constantes du matériau doivent cependant respecter certaines conditions. Ce comportement théorique est effectivement observé expérimentalement pour un alliage fer-cobalt. On montre dans ce travail que la déformation de magnétostriction observée est fortement corrélée avec la structure en domaines (observations par effet Kerr). Cette structure est en particulier sensible aux contraintes résiduelles développées lors des traitements thermiques