Ce travail de thèse intégré au projet MADAVIC, a consisté principalement au développement des nouveaux actionneurs à magnétostriction géante, dits " légers " : modélisation, conception puis caractérisation de ces actionneurs sont ici présentés. Enfin, une application de contrôle actif des vibrations d'une inductance de lissage a permis de démontrer l'intérêt de tels actionneurs.
Les matériaux magnétostrictifs ont la propriété de se déformer sous l'action d'un champ magnétique. Ils sont les concurrents directs d'autres matériaux intelligents appelés matériaux piézo-électriques tout en leur étant complémentaires pour certaines applications. Les matériaux magnétostrictifs ont des atout importants. Ils possèdent une densité de puissance très élevée et une déformation supérieure aux matériaux piézo-électriques. Toutefois le prix encore élevé et les caractéristiques non-linéaires de ces matériaux dissuadent certaines entreprises de les utiliser.
La première partie de ma recherche a donc été principalement axée sur la modélisation magnéto-mécanique, la conception et le dimensionnement de ces prototypes d'actionneurs magnétostrictifs. A l'aide des logiciels éléments finis nommés FLUX2D et FLUX3D développés au LEG (Laboratoire d'Electrotechnique de Grenoble), les différents prototypes ont été modélisés et dimensionnés. La conception a été faite en étroite collaboration avec la société METRAVIB-RDS basée près de Lyon. Celle-ci a eu pour charge de réaliser les quatre prototypes d'actionneurs " légers ".
Des campagnes d'essais ont été menées en partie chez METRAVIB-RDS et en partie au LEG. Les premiers résultats nous ont permis de valider le travail de modélisation et de nous familiariser avec ces nouveaux matériaux magnétostrictifs afin de mieux comprendre leurs propriétés. Grâce aux connaissances acquises lors de ces premiers essais, nous avons pu corriger les défauts de jeunesse de ces actionneurs afin que les suivants remplissent entièrement le cahier des charges défini avec les partenaires.
Finalement pour montrer l'intérêt et les atouts apportés par l'utilisation d'un actionneur à magnétostriction géante, nous avons entrepris une expérience de contrôle actif des vibrations sur une inductance de lissage utilisée en électrotechnique.
Ce travail présente les grandes étapes de la conception puis de l'application, d'un actionneur magnétostrictif. Il n'est pas représentatif de la chronologie de cette étude car plusieurs actionneurs ont été réalisés et les étapes se sont chevauchées. De plus, nous nous sommes adaptés aux contraintes temporelles imposées par le déroulement du contrat européen. Certains résultats pour des raisons de confidentialité inhérente au contrat européen ne sont pas présentés dans ce rapport. Ils concernent principalement les géométries exactes et les plans de conception des actionneurs ainsi que certains des résultats issus de la recherche d'autres partenaires. Toutefois, ces restrictions ne pénalisent en rien l'intégrité du travail de recherche présenté dans ce manuscrit.
Le chapitre introductif présente le contrat européen MADAVIC, son but, les différents partenaires impliqués et plus particulièrement le rôle de notre laboratoire. Les différents pots vibrants existant sur le marché sont ensuite présentés en insistant sur les avantages liées à l'utilisation de l'actionneur magnétostrictif. Nous présentons enfin, les deux applications principales auxquelles ces actionneurs magnétostrictifs sont destinés : la détection de défauts dans les structures mécaniques et le contrôle actif des vibrations.
Dans le deuxième chapitre, les différents phénomènes physiques impliqués dans l'étude d'un pot vibrant magnétostrictif sont étudiés. Nous commençons par définir le phénomène clé : la magnétostriction. Nous verrons également les matériaux magnétostrictifs qui en découlent, les différents barreaux magnétostrictifs et leurs caractéristiques. Nous analysons ensuite, les phénomènes magnétiques, thermiques et mécaniques utiles pour la conception des actionneurs magnétostrictifs.
Le chapitre trois traite les aspects de modélisation, de conception et du dimensionnement des actionneurs. Les différentes parties constituant un actionneur de ce type sont énumérées: circuit magnétique, aimants, système de précontrainte, etc. Nous expliquons ensuite les trois aspects de la modélisation : magnétique (qui est une des spécialités du Laboratoire d'Electrotechnique de Grenoble), mécanique et thermique. Un exemple de choix retenu pour la réalisation d'un prototype d'actionneur " léger " est détaillé.
Les essais effectués sur les différents prototypes réalisés sont présentés au chapitre IV. Nous discutons les mesures magnétiques, mécaniques et thermiques relevées et nous comparons les prototypes 3 et 4 de construction identique. Ces deux actionneurs ont permis de remplir les caractéristiques imposées par le cahier des charges.
Pour démontrer l'intérêt de l'utilisation de ces nouveaux actionneurs magnétostrictifs dans des applications industrielles, nous avons entrepris une expérience de contrôle actif des vibrations sur une inductance de lissage utilisée en électrotechnique (cf. chapitre V). L'ensemble du système a été défini en théorie afin de réaliser un modèle comportemental qui est ensuite comparé aux résultats expérimentaux. Ces derniers ont été obtenus avec un système de contrôle " feedback " proportionnel pour différentes configurations du banc d'essai.
L'ensemble du travail ici présenté est donc très complet, incluant diverses étapes de la réalisation à l'utilisation effective des actionneurs à magnétostriction géante pour de très concrètes applications industrielles. Il constitue une pierre angulaire du contrat de recherche européen MADAVIC qui vient de s'achever avec succès.