MADEA : Réfrigération magnétique autour de la température ambiante

• développer des nouveaux matériaux à fort pouvoir magnétocalorique, les optimiser et les synthétiser en quantité suffisante pour les utiliser dans un prototype,

• concevoir et réaliser un module de réfrigération magnétique en optimisant la source de champ, la mise en forme du matériau et les échanges thermiques.

Ces objectifs sont mis en place en développant des approches matériaux, cycle thermique et système et en s'appuyant à différents niveaux sur la caractérisation et la modélisation.

Matériaux magnétocaloriques

Nous participons aux travaux de l'Institut Néel et du CRETA sur l'analyse thermodynamique de l'EMC, la synthèse de nouveaux matériaux à haut pouvoir magnétocalorique, leur caractérisation magnétothermique,  la modélisation de leur transition de phase quelle soit du 1er ou du 2nd ordre ainsi que leur mise en oeuvre pour réaliser un bloc réfrigérant.

Cycle thermique à régénération magnétique active AMRR

C'est un cycle spécifique qui permet grâce à un échange entre le matériau et un fluide extérieur d'amplifier l'écart de température entre la source chaude et la source froide. Un modèle analytique 1D et un modèle numérique sous l'environnement Fluent ont été développés pour prédire et analyser le comportement de ce cycle.  Un démonstrateur à aimants permanents (figure ci-dessous) mettant en œuvre ce cycle a été réalisé pour évaluer l'influence des différents paramètres et comparer les performances de différentes compositions et formes de matériaux dans leurs conditions réelles de fonctionnement dans un  bloc réfrigérant

Système

Des approches analytiques et numériques (Flux 2D /3D) ont été développées pour calculer les sources de champ et leurs interactions avec les blocs réfrigérants. Elles tiennent  compte de la géométrie du système, des propriétés magnétocaloriques du matériau actif et dans certains cas du cycle magnétothermique qui peut être direct ou AMRR. Plusieurs structures originales à aimants permanents ou à bobines supraconductrices ont été proposées. Un premier prototype (figure ci-dessous) d'un système complet a été développé et est actuellement en cours de test. C'est un système rotatif à aimants permanents qui utilise du Gadolinium comme matériau à EMC géant, de l'eau comme fluide caloporteur et qui met en œuvre un cycle à régénération active.