Offre de thèse
Conducteurs HTS pour la fusion
Date limite de candidature
15-08-2026
Date de début de contrat
01-10-2026
Directeur de thèse
LEVEQUE Jean
Encadrement
La thèse se déroulera à temps plein dans les locaux du Groupe de Recherche en Énergie Électrique (GREEN) situés à la Faculté des Sciences et Technologies de Nancy. Le ou la doctorante aura un bureau à proximité immédiate de ses encadrants, ce qui favorisera les échanges quotidiens. Outre ces échanges quotidiens, un suivi régulier sera mis en place, au rythme d'une réunion par semaine, afin de faire le point sur l'état d'avancement des travaux. Les encadrants accompagneront de manière active le ou la doctorant(e) dans le développement des outils numériques et des manipulations expérimentales.
Type de contrat
école doctorale
équipe
contexte
Les conducteurs REBCO multi-rubans sont souvent étudiés avec des hypothèses propres à chaque architecture, ce qui rend les comparaisons difficiles. La thèse visera à définir des cas numériques de référence pour comparer plusieurs familles de conducteurs selon des critères communs : pertes AC, courant critique effectif, homogénéité de courant, densité de courant ingénieur Je, effet du champ propre, influence des résistances de contact et des terminaisons, et robustesse vis-à-vis des défauts. Les architectures considérées pourront inclure des stacks droits ou sectorisés, des stacks torsadés, des conducteurs cylindriques de type CORC/HFRC, ainsi que des références transposées ou quasi-transposées de type Roebel, TSTC ou VIPER-like, selon les données disponibles.spécialité
Génie Electriquelaboratoire
GREEN - Groupe de Recherche en Energie Electrique de Nancy
Mots clés
Modélisation, pertes AC
Détail de l'offre
Les aimants supraconducteurs pour la fusion nécessitent des conducteurs capables de transporter des courants très élevés sous fort champ magnétique, avec des pertes limitées, une bonne stabilité et une tenue mécanique compatible avec les contraintes d'exploitation. Les rubans REBCO constituent aujourd'hui une voie majeure pour les aimants à haut champ, mais leur assemblage en conducteurs multi-rubans de plusieurs kA à plusieurs dizaines de kA reste un problème scientifique et technologique ouvert.
Différentes architectures sont étudiées au niveau international : stacks droits ou torsadés, conducteurs CORC/HFRC, Roebel, CroCo, SECAS, TSTC, VIPER ou concepts hybrides. Ces solutions diffèrent par la disposition des rubans, le niveau de transposition, les contacts électriques, la compacité, les pertes AC, la sensibilité au champ propre, la redistribution de courant et les contraintes de fabrication.
Le sujet s'appuiera sur l'expérience du GREEN en modélisation des systèmes supraconducteurs : pertes AC, lois de comportement non linéaires E − J, effets du champ propre, formulations éléments finis et couplages électromagnétiques, thermiques ou mécaniques appliqués aux dispositifs HTS. Il s'inscrit dans le cadre du PEPR SupraFusion, avec une collaboration scientifique envisagée avec le CEA, notamment autour des architectures de conducteurs REBCO haut courant pour la fusion. Des campagnes de mesures pourront être menées ou exploitées au CEA Cadarache sur des prototypes de conducteurs ou de sous-câbles, selon la disponibilité des échantillons et des moyens expérimentaux.
Keywords
Modelling, AC losses
Subject details
Superconducting magnets for fusion require conductors able to carry very high currents under high magnetic field, with limited losses, good stability and mechanical robustness compatible with operating constraints. REBCO tapes are now a major route towards high-field magnets, but their assembly into multi-tape conductors carrying several kA to several tens of kA remains an open scientific and technological challenge. Several architectures are currently investigated worldwide : straight or twisted stacks, CORC/HFRC conductors, Roebel, CroCo, SECAS, TSTC, VIPER or hybrid concepts. These solutions differ in tape arrangement, transposition level, electrical contacts, compactness, AC losses, self-field effects, current redistribution and manufacturing constraints. The PhD project will build on the experience of GREEN in the modelling of superconducting systems : AC losses, nonlinear E − J laws, self-field effects, finite-element formulations and electromagnetic, thermal or mechanical couplings applied to HTS devices. It will be carried out in the framework of PEPR SupraFusion, with a scientific collaboration envisaged with CEA, in particular on high-current REBCO conductor architectures for fusion. Measurement campaigns may be carried out or exploited at CEA Cadarache on conductor or sub-cable prototypes, depending on sample availability and experimental facilities.
Profil du candidat
Le profil recherché est celui d'un candidat ou d'une candidate ayant une formation solide en génie électrique, physique appliquée, électromagnétisme, modélisation numérique, cryogénie ou sciences des matériaux. Une expérience préalable en supraconductivité est appréciée mais non indispensable. Un intérêt marqué pour les systèmes multiphysiques, la simulation numérique et les applications énergie/fusion est attendu.
Candidate profile
The position is intended for a candidate with a solid background in electrical engineering, applied physics, electromagnetism, numerical modelling, cryogenics or materials science. Previous experience in superconductivity is appreciated but not mandatory. A strong interest in multiphysics systems, numerical simulation and energy/fusion applications is expected.
Référence biblio
[1] N. Bykovsky, D. Uglietti, R. Wesche, and P. Bruzzone, “AC loss in HTS fusion cables: measurements, modeling, and scaling laws,” \textit{IEEE Transactions on Applied Superconductivity}, vol. 28, no. 4, Art. no. 5900305, 2018, doi: 10.1109/TASC.2018.2803264.
[2] T. Mulder, D. C. van der Laan, J. D. Weiss, A. Dudarev, M. Dhallé, and H. H. J. ten Kate, “Design and preparation of two ReBCO-CORC\textsuperscript{\textregistered} cable-in-conduit conductors for fusion and detector magnets,” \textit{IOP Conference Series: Materials Science and Engineering}, vol. 279, Art. no. 012033, 2017, doi: 10.1088/1757-899X/279/1/012033.
[3] Z. S. Hartwig \textit{et al.}, “VIPER: an industrially scalable high-current high-temperature superconductor cable,” \textit{Superconductor Science and Technology}, vol. 33, no. 11, Art. no. 11LT01, 2020, doi: 10.1088/1361-6668/abb8c0.