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ERT-CMF : Applications civiles - Grenoble INP - G2Elab

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ERT-CMF : Applications civiles

Les méthodes originales dédiées à la problématique du magnétisme du navire peuvent trouver naturellement des applications au-delà du domaine assez confidentiel du magnétisme du navire. En effet, la problématique de caractérisation de sources par mesure de leurs champs de fuite peut répondre à plusieurs finalités.
La première est l’extrapolation du champ. Il s’agit, à partir d’un nombre de mesures limité, de caractériser les paramètres d’un modèle permettant d’évaluer le champ dans une zone où des capteurs ne peuvent être positionnés. Les enjeux sont liés à la compatibilité électromagnétique (CEM) ou aux normes sanitaires.
La deuxième finalité est le diagnostic. Dans ce cas, le modèle de sources équivalentes à déterminer doit permettre de déceler un comportement défaillant du système.
A côté des aspects métrologiques, ces travaux s’appuient sur le développement de formulations électromagnétiques originales dont la vocation est d’être inversées. Il s’agit ici d’obtenir des causes (sources de champ magnétique) en fonctions des effets (mesures) et donc de résoudre des problèmes inverses, naturellement « mal-posés ». Ces travaux sont ainsi menés en étroite collaboration avec l’équipe MAGE pour les aspects théoriques et numériques.
 

 Quelques projets et leurs résultats

  • Diagnostic de piles à combustible par mesure du champ magnétique (Projet ANR Omniscient). L’objectif de ce projet est d’utiliser la mesure du champ magnétique externe généré par les courants circulant dans le stack de piles à combustible pour en effectuer un diagnostic. Il s’agit donc de déterminer les densités de courant locales internes à partir d’une instrumentation réalisée à l’aide de capteurs non invasifs, des magnétomètres. La principale originalité de nos travaux réside dans le dispositif métrologique que nous avons développé. L’idée directrice est qu’une distribution de courant uniforme dans le stack ne crée aucun champ mesurable sur certaines composantes des capteurs (les composantes du champ sont uniquement orthoradiales par rapport au sens de circulation axial du courant principal). Ainsi, seules les inhomogénéités anormales de courant créent un signal mesurable sur les capteurs biaxes mesurant des composantes de champ radiales et axiales. Ce système permet d’améliorer très significativement le rapport signal sur bruit et évite la profusion de mesures inutiles.
  • Diagnostic d’alternateur par mesure du champ magnétique rayonné. Tout système de conversion de l’énergie électrique génère un champ magnétique externe. Il est donc naturel de penser que tout défaut apparaissant au cœur du système a une répercussion sur le champ extérieur. Cette méthode a l’intérêt d’être non invasive et de porter l’analyse sur une image directe de la grandeur réalisant la conversion d’énergie (le champ dans l’entrefer). Après avoir développé des modèles numériques orignaux pour évaluer le champ à l’extérieur d’un alternateur en défaut, nous avons inversé ces modèles. Cette inversion a permis, à partir de mesures réalisées sur un réseau de capteurs magnétiques externes, de retrouver le champ dans l’entrefer et ainsi d’établir un diagnostic précis. Cette approche a été expérimentée en laboratoire sur une maquette de turbo-alternateur (30kW) puis sur site en centrale hydraulique en collaboration avec Electricité de France.
 
  • Modélisation de sources électromagnétiques perturbatrices à l’intérieur de véhicules électriques (collaboration avec le CEA-Leti, financement Carnot Energies du futur). Ces travaux visent à quantifier les champs magnétiques basses fréquences se développant dans l’habitacle d’un véhicule électrique. Les enjeux applicatifs se déclinent autour des normes sanitaires, de la compatibilité électromagnétique et du diagnostic de défaut. Il a été montré que la modélisation directe ne peut à elle seule conduire à cette estimation car certains paramètres sont parfois mal maîtrisés (position exacte des câbles de puissance, comportement des matériaux, complexité de certaines sources…). Une écriture du champ basée sur les harmoniques sphériques est alors utilisée. Cependant, ce modèle harmonique, nécessitant d’identifier un grand nombre de paramètres, a besoin de beaucoup de mesures. Un moyen d’en limiter le nombre est d’apporter de l’information a priori sur le système en mettant en œuvre une approche statistique bayésienne. L’originalité de nos travaux est ici que la modélisation directe est utilisée pour calculer la solution a priori ainsi que les matrices de covariances nécessaires pour déterminer le maximum a posteriori. Le caractère statistique est de plus traité par des méthodes très peu mises en œuvre dans la littérature, de type Unscented Transform, qui permettent un gain de temps notable vis-à-vis de méthodes plus « classiques » (Monte Carlo par exemple). Le concept a été validé sur une maquette de véhicule électrique réalisée à l’échelle ½.
 
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