L'oxyde supraconducteur YBa2Cu3O7Δ (Y123) qui possède une température critique de 92 K a éveillé à sa découverte un grand enthousiasme et est la source de nombreux travaux. Grâce à ses bonnes propriétés supraconductrices à la température de l'azote liquide (77 K) il semble être le plus prometteur pour les applications sous champ magnétique. Pour obtenir des densités de courant critique élevées, il est nécessaire de les densifier et d'induire une orientation cristallographique préférentielle.<br />Ce travail a consisté à élaborer des échantillons plus performants en terme de propriétés supraconductrices. Le procédé conventionnel de texturation induit des fissures et de la porosité dans les échantillons et nécessite l'ajout de dopants pour améliorer ses propriétés. Nous avons étudié un nouveau procédé « infiltration et croissance » ainsi que la mise en forme d'une géométrie originale « à parois minces ». Les caractérisations effectuées sur la microstructure, la texture et les propriétés supraconductrices sont rapportées.<br />L'optimisation du procédé a consisté à comprendre les mécanismes d'infiltration et de croissance, puis à rechercher la configuration et la composition donnant des échantillons les plus performants. Des densités de courants critiques de l'ordre de 68 kA/cm2 en champ propre ont été mesurées à 77 K. <br /> L'étude des échantillons perforés a montré que, grâces aux « trous » artificiels, les microstructures sont exempt de porosité, les échantillons se refroidissent plus rapidement et l'oxygénation est plus rapide et homogène comparé aux matériaux non perforés.

Les supraconducteurs à hautes températures sont considérablement utilisés dans des applications telles que des machines électriques. La conception de telles machines requiert une évaluation précise des pertes AC générées par leurs bobinages de câbles supraconducteurs multifilamentaires torsadés. Ainsi, des outils numériques robustes et précis sont indispensables afin de modéliser rapidement en 3D le comportement de tels câbles. Dans ce manuscrit, deux approches numériques dont une approche de type galerkin discontinue furent développées afin de simplifier considérablement la modélisation 3D de ce type de câbles. Elles furent appliquées à la formulation en H couplée aux effets thermiques. La modélisation de cas simples a permis de valider ces approches en les comparant à celle des éléments finis implémentée sur Comsol. Puis, une transformation géométrique fut proposée afin de modéliser de façon équivalente en 3D, quelque soit la configuration en champ magnétique, des câbles à filaments supraconducteurs droits à la place de filaments torsadés. De cette transformation, un modèle d'ordre réduit fut développé et validé afin de simplifier considérablement la modélisation 3D de ce type de câbles. À partir de ce modèle réduit, l'influence du champ elliptique sur les pertes par aimantation d'un échantillon de 100 câbles de 54 filaments de MgB ₂ torsadés fut modélisé en moins d'une journée. Par ailleurs, des premières études empiriques montrant la faisabilité d'une homogénéisation furent brièvement présentées et validées pour des câbles ayant une seule couche de filament. / High temperature superconductors are increasingly being used for several applications such as electrical machines. Thus the design of suchdevices ultimately requires an accurate evaluation of AC losses generated by superconducting coils sometimes made of twisted multifilamentary wires.The development of robust numerical tools geared towards the 3 D modeling of such wires is therefore needed. In this manuscript, the main objective isto develop numerical approaches allowing considerable simplifications of the modelling of twisted multi-filamentary superconducting wires in 3 D. First, two numerical approaches such as the discontinuous galerkin method applied on the thermally coupled H -formulation were developed. They were compared and validated on simple cases using the finite element method implemented in Com-sol. Then, a well-defined mapping was proposed to simply model in 3 D, for any magnetic field configuration, straight multifilamentary wires instead oftwisted ones. An application of this mapping allowed the development of a model-order reduction approach which simplify considerably the mod-elling of twisted wires in 3 D. Thus, the elliptical magnetic fields impact on magnetization losses was accurately modeled in less than a day with the reduced approach applied on 100 MgB ₂ wires with 54 twisted filaments. As a research perspective on the reduced model advanced applications, an homogenization, empirically defined, was briefly presented for wires with single layer only.

Ce travail a été consacré à l'étude de l'influence de différents paramètres microstructuraux sur les propriétés supraconductrices de céramiques d'YBa2Cu3O7-d, texturées par TSMTG, afin d'essayer d'obtenir les meilleures densités de courant critique possibles en vue d'applications. La première partie traite de l'étude d'un paramètre microstructural particulier observé dans les composés REBa2Cu3O7-d : les macles. Une revue des méthodes de caractérisation utilisables a tout d'abord été réalisée, rejetant l'observation par microscopie optique en lumière polarisée et l'enregistrement de « rocking curves ». De nouvelles méthodes ont été proposées pour une analyse qualitative (figures des pôles (200) et (020)) et quantitative (images obtenues à partir des électrons secondaires en microscopie électronique à balayage). Des essais de démaclage de céramiques texturées par traitements thermomécaniques n'ont pas permis d'obtenir d'échantillons démaclés. Une seconde partie traite de l'influence d'ajouts de dopants sur les propriétés supraconductrices. Certains dopants, comme Bi2O3, Gd2O3, Dy2O3, ou Tb(III/IV)O, ont permis d'améliorer nettement les densités de courant critique jusqu'à des valeurs de 95 kA.cm-2 sous champ propre, à 77 K, pour Bi2O3. D'autres dopants se sont avérés diminuer nettement les propriétés supraconductrices comme le calcium. Enfin, un troisième groupe de dopants (par exemple BaF2), ne semble pas changer les microstructures ou les propriétés supraconductrices des céramiques d'YBa2Cu3O7-d. Enfin, la grande fragilité des échantillons de céramiques d'YBa2Cu3O7-d soumis à l'action de l'eau a été mise en évidence dans le cadre d'études sur le stockage de ces matériaux. Un modèle de l'action de l'eau sur les échantillons d'Y123 par un échange Ba2+/« espèce protonée » a été proposé.