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Soutenance de thèse de Romain RAVAUD

Soutenance de thèse de Romain RAVAUD

Mardi 1 Décembre 2009 à 14h, 4ème étage du bâtiment IAM

Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DU MAINE
Spécialité : ACOUSTIQUE

Sujet :
ETUDE ANALYTIQUE DES SYSTEMES MAGNETOMECANIQUES SANS FER : APPLICATION AU HAUT-PARLEUR GUIDE PAR JOINTS DE FERROFLUIDE

Devant le jury composé de :

  • A. Cevdet, Professeur, Ecole Polytechnique de Montréal, Canada, rapporteur
  • J-P. Yonnet, Directeur de recherche au CNRS, INPG, Grenoble, rapporteur
  • A. Nicolas, Professeur, Ecole Centrale de Lyon, examinateur**
  • V. Lemarquand, Professeur, LAUM, Le Mans, examinatrice**
  • C. Depollier, Professeur, LAUM, Le Mans examinateur
  • G. Lemarquand, Professeur, LAUM, Le Mans, Directeur de thèse

Résumé de la thèse :
Cette thèse a pour objet la modélisation analytique des systèmes à aimants permanents. Leurs caractérisations supposent la détermination du champ magnétique qu’ils produisent et des énergies spécifiques mises en jeu.

Nous exposons dans un premier temps les expressions analytiques du champ magnétique créé par des anneaux de polarisation radiale. De façon connexe, nous établissons les formules du champ magnétique créé par un anneau aimanté axialement sous une forme plus générale que celle établie par Durand. Dans un second temps, nous présentons les expressions du champ magnétique créé par des tuiles aimantées radialement, axialement et orthoradialement. Ces expressions sont basées sur des intégrales elliptiques incomplètes pour le cas des polarisations axiale et radiale. Dans le cas de la polarisation orthoradiale, l’expression du champ magnétique ne nécessite pas l’utilisation de fonctions spéciales. Notons que ces aimants à topologie courbe sont largement utilisés dans la conception de machines électriques, d’accouplements ou encore de capteurs. Néanmoins, les aimants modernes en forme de tuiles sont généralement fabriqués avec des aimantations uniformes pour des raisons technologiques et économiques. Ainsi, les tuiles conjecturées à aimantation radiale, orthoradiale ou axiale ont usuellement une aimantation uniforme. Cette caractéristique d’uniformité engendre des ondulations de champ qui dépendent du nombre de tuiles utilisées. En conséquence, nous présentons les expressions du champ magnétique créé par des tuiles aimantées uniformément dans toutes les directions. Ces expressions nous permettent de modéliser et d’optimiser les structures de Halbach et de prédire les effets notoires résultants de l’uniformité de l’aimantation. Ces mêmes effets sont étudiés dans le cadre des structures dédiées à l’Imagerie par Résonance Magnétique.

La deuxième partie de cette thèse traite de l’étude d’un haut-parleur sans fer. La présence du fer dans les pièces polaires est un inconvénient majeur dans la conception de moteurs de haut-parleurs électrodynamiques. Une nouvelle structure de haut-parleur sans fer, développée au LAUM permet de s’affranchir des non-linéarités engendrées par le fer et les suspensions périphériques. Ces suspensions sont remplacées par un ou plusieurs joints de ferrofluide dont le comportement mécanique dépend intrinsèquement du champ magnétique produit par sa structure. Les outils analytiques caractérisant les champs magnétiques créés par des aimants permanents sont utilisés dans le cadre de l’étude de haut-parleurs sans fer. En effet, les expressions analytiques du champ magnétique conduisent à un modèle énergétique décrivant les propriétés mécaniques d’un joint de ferrofluide guidant le piston émissif d’un haut-parleur sans fer. Ce modèle est basé sur l’interaction du champ produit par la structure et l’aimantation saturée des particules ferromagnétiques du ferrofluide. La pression magnétique dans ce joint fixe ses raideurs radiale et axiale, son volume, sa forme et sa répartition dans l’entrefer du haut-parleur. La validité de ce modèle est confirmée par des mesures expérimentales.

L’ensemble des travaux présentés dans ce mémoire fonde une démarche d’analyse des systèmes à aimants basée sur un mode opératoire exclusivement analytique. D’un côté, les modèles exacts des champs suggèrent des optimisations précises et rapides des dispositifs magnétomécaniques. D’autre part, appliqués au dimensionnement d’un joint de ferrofluide, ces modèles permettent des études paramétriques sur l’évolution de la pression du ferrofluide dans un entrefer en fonction des dimensions des aimants utilisés.