Compétences du LSEE - Axes de Recherche Universitaire et Thématiques

Aujourd’hui, le LSEE est constitué d’une seule équipe travaillant de concert sur l’efficacité environnementale des machines électriques tournantes et des transformateurs. En d’autres termes, l’entité travaille à des composants électromagnétiques plus performants, contraints par leurs usages et acceptés dans leur environnement. Cet axe se décompose en deux thèmes : la conception de machines électriques efficientes et silencieuses d’une part et la fiabilité structurelle d’autre part. L’animation scientifique de ces deux thèmes est confiée aux Professeurs R. Romary et S. Duchesne.

Recherche universitaire LSEE Bethune FSA

Le premier thème porte sur les aspects électrotechniques avec la recherche d’efficience par l’utilisation d’aciers électriques performants, le dimensionnement de machines particulières, des méthodes originales pour définir les machines les mieux adaptées à une application donnée ou encore la conception de machines silencieuses.

Cet axe concerne d’abord les machines tournantes qu’il s’agit de rendre plus efficientes. Pour ce faire, un des leviers exploités au laboratoire consiste à utiliser des matériaux magnétiques tels que des tôles à grains orientés en exploitant certaines de leurs propriétés magnétiques. Les compétences du LSEE se sont également étoffées avec l’éco-conception d’un moteur vert, unique à ce jour car il utilise notamment un conducteur dont l’isolation est élaboré sans solvant. Les transformateurs de puissance font aussi l’objet de caractérisations énergétiques en partenariat avec thyssenKrupp Electrical Steel (tkES), le partenaire historique du laboratoire.

Ensuite, l’évaluation des performances énergétiques des machines tournantes s’est révélé être une demande significative d’industriels fortement consommateur d’énergie. Le LSEE a répondu à la nécessité de développer des outils de gestion de parcs de machines tournantes avec une cellule non intrusive de définition du couple électromagnétique de machines à courant alternatif. Développé en collaboration avec la société Tio Tinto Alcan (CIFRE), cet outil synthétise bien les compétences du LSEE en termes d’étude analytique et d’expérimentation. Il s’inscrit parfaitement dans le cadre de la TRI (Troisième Révolution Industrielle) de la Région Nord – Pas de Calais et il a été un des projets « phare » du Pôle de recherche MEDEE (www.pole-medee.com)

Enfin, la dimension environnementale repose également sur l’analyse et la réduction des bruits et vibrations d’origine magnétiques des machines électriques. Ce thème initial du LSEE reste au cœur des recherches menées au laboratoire. Les compétences développées au sein de l’entité conduisent ses chercheurs à continuer à travailler à la mise en œuvre de dispositifs de réduction de bruit. Gagner 10 décibels, c’est possible !

LSEE Faculté des Sciences Université Artois

Le deuxième thème est principalement centré sur l’isolation des machines avec, par exemple, la détection de défauts inhérents au vieillissement ou l’amélioration des Systèmes d’Isolation Electriques (SIE).

D’abord, le LSEE s’est spécialisé dans le diagnostic de défauts de machines tournantes avec le développement de méthodes analytiques. Ces dernières ont permis de bien comprendre comment se manifestent des défauts tels que les barres cassées de machines asynchrones ou les courts-circuits entre spires ou entre tôles dans des grandeurs mesurables à l’extérieur des machines avec des procédés non invasifs exploitant les bruits et vibrations ou encore le champ de dispersion.
Ensuite, des travaux sont menés pour améliorer la fiabilité des actionneurs, particulièrement ceux destinés à des applications aéronautiques. Il s’agit de comprendre la dégradation et le vieillissement des machines électriques avec des méthodes de prédiction ou de suivi originales. Ainsi, des travaux ont porté sur l’impact de l’agencement des conducteurs dans les encoches des machines afin de limiter les tensions inter-spires. Le diélectrique assurant l’isolation du conducteur fait l’objet d’une attention tout à fait particulière, en termes de caractérisation expérimentale d’une part et, d’autre part, en termes de diagnostic. Ces recherches sont menées en partenariat avec des groupes ou des entreprises comme Safran, Alstom, Erneo, Optimex. Les travaux actuels sont menés sur le Système d’Isolation Electrique des machines électriques pour caractériser et améliorer leur tenue aux contraintes électriques engendrées par l’augmentation des fréquences de découpage permises par l’utilisation de composants à grands gaps comme le SiC.

Ces deux thèmes trouvent un point de convergence commun : la conception de machines capables de supporter des températures internes extrêmes. Cette spécificité s’est développée naturellement suite aux sollicitations des partenaires du LSEE pour caractériser la tenue en température des machines tournantes. Cette problématique a conduit les chercheurs du LSEE à analyser les possibilités de faire fonctionner les machines à des températures très supérieures aux 240°C permis par les isolants organiques actuellement utilisés. L’utilisation de matériaux isolants inorganiques comme des céramiques permet de repousser les limites actuelles et conduit à reconsidérer les caractéristiques de tous composants et le dimensionnement des machines.