Stage de Fin d'Étude - Simulations Numériques pour la Conception de Capteurs Emat H/F - CEA

Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.

Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.

Implanté au coeur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.

Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :

- La conscience des responsabilités
- La coopération
- La curiositéEn contrôle par ultrasons, les technologies de génération d'ondes élastiques dans la matière peuvent se scinder en 2 catégories principales : les capteurs avec couplage (capteurs piézoélectriques) et les capteurs sans couplage. Parmi ces derniers, on peut mentionner les pointes sèches, les ultrasons laser ou encore les EMAT (ElectroMagnetic Acoustic Transducer). Les EMAT présentent plusieurs avantages, leur mise en oeuvre est relativement accessible (contrairement aux ultrasons laser), ils sont potentiellement sans contact (contrairement aux pointes sèches) et capable de générer une grande variété de types d'ondes élastiques (ondes de volume longitudinales, transverses, ondes de surface, ondes guidées...) tout en étant relativement insensibles à un état de surface complexe.
Un EMAT est généralement constitué d'une bobine alimentée d'un courant alternatif générant des courants de Foucault dans un matériau conducteur, auxquels est superposé un champ magnétique statique produit par un aimant permanent. Cela résulte en des sources électromagnéto-élastiques dynamiques produisant à leur tour des ondes élastiques pouvant se propager dans le volume ou à la surface du matériau.
Cette technologie peut donc être appliquée à des applications spécifiques comme les contrôles à grande vitesse ou en environnement sévère (haute température...). Cependant, la transduction EMAT est de faible rendement par nature et il est donc primordial d'optimiser la conception de ces capteurs.
Lors d'un précédent stage, le développement d'un outil de simulation quantitatif du comportement d'un capteur EMAT a été initié via le logiciel éléments finis Comsol. L'outil permet notamment de simuler un inducteur réaliste et de considérer la présence de noyaux magnétiques permettant la concentration du champ magnétique. Il a notamment été montré que l'ajout d'un élément passif comme un noyau ferrite améliorait le rendement de 40%.
Sur la base de ces premiers travaux, le stage portera sur l'optimisation du champ magnétique statique d'un EMAT. Les objectifs principaux sont de :
Effectuer une étude bibliographique sur les matériaux magnétiques pouvant améliorer le rendement d'un capteur EMAT (constituants, orientation granulaire, anisotropie, possibilité d'usinage, propriétés magnétiques...).
Réaliser des études paramétriques sur la géométrie et les propriétés des noyaux magnétiques permettant de concentrer les lignes de champs magnétiques.
Implémenter la simulation d'électro-aimants pour remplacer les aimants permanents par le biais de modèles non-linéaires.
Le stage est essentiellement numérique, mais une partie expérimentale peut être envisagée selon les envies du candidat.

Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l'intégration des personnes handicapées, cet emploi est ouvert à toutes et à tous. Le CEA propose des aménagements et/ou des possibilités d'organisation pour l'inclusion des travailleurs handicapés.

Le/la candidat.e prépare un diplôme de Bac +5 (Master 2 ou dernière année d'école d'ingénieur) dans les domaines de la physique numérique, du magnétisme, de l'électromagnétisme et/ou de l'électrotechnique de puissance.