Objectifs du projet
Le projet SF-Cond vise à développer des conducteurs à fort courants à base de supraconducteurs à haute température critique (HTS) pour les applications de fusion par confinement magnétique. L’objectif est de concevoir, prototyper, tester et qualifier des conducteurs multi-rubans capables de transporter des courants allant jusqu’à 80 kA en totalité sous des champs magnétiques élevés (20 T), tout en garantissant une grande résistance mécanique et un refroidissement cryogénique efficace, pour un fonctionnement sûr et stable.
Contexte scientifique
Jusqu’à présent les applications utilisant des supraconducteurs à Haute Température Critique (HTS) ont principalement utilisé des bobinages à un ou deux rubans, permettant le transport de quelques centaines à un millier d’ampères.
Cependant, pour atteindre des champs magnétiques élevés, et en particulier pour les grands aimants pour la fusion magnétique, l’utilisation d’un mono-ruban devient insuffisante et inadéquate.
Enjeux scientifiques et technologiques
Améliorer le transport des courants élevés
Développer des conducteurs HTS capables de transporter des dizaines de milliers d'ampères, indispensables pour les aimants de fusion.
Créer des bobines multi-rubans
Concevoir des architectures multi-rubans qui permettent de répartir le courant et de limiter les défaillances locales.
Valider les conducteurs dans des conditions réelles
Tester les conducteurs dans des environnements simulant les contraintes extrêmes de la fusion : champs magnétiques intenses, courants élevés, refroidissement cryogénique.
Développer des applications industrielles
Assurer une production industrielle fiable et rentable pour des applications telles que les réacteurs de fusion, les IRM haute performance et les réseaux électriques supraconducteurs.
Partenaires impliqués
Ce projet est mené en collaboration avec plusieurs laboratoires et centres de recherche
CEA (IRFM, IRFU)
Coordination générale, conception et prototypage des conducteurs, expertise en aimants de fusion et tests cryogéniques.
CNRS (NEEL, LNCMI)
Étude et modélisation des rubans HTS, analyse des phénomènes de quench. Tests de conducteurs et rubans sous champs magnétiques élevés jusqu'à 20 T.
AMU (LMA)
Modélisation multi-échelle et tests mécaniques des conducteurs et structures composites.
CentraleSupélec (LMPS)
Simulation numérique et modélisation du comportement mécanique des câbles supraconducteurs.
Université de Lorraine (GREEN)
Modélisation des pertes AC et tests expérimentaux des conducteurs HTS
ENSI-Caen
Etude des matériaux et techniques de contrôle non destructif (NDE) pour permettre de garantir que les conducteurs HTS développés répondront aux exigences strictes de performances et de sécurité
Challenges du projet
De la petite à la grande échelle
Concevoir l’architecture de conducteur adaptée afin de préserver, au sein du conducteur complet, les meilleures propriétés des rubans qui le constituent. Veiller à ce que cette architecture ouvre de nouvelles possibilités et permette d’améliorer les performances pour les applications visées.
Développer des techniques d’assemblage adaptées
Développer les conceptions de jonctions à faible résistance nécessaires pour exploiter pleinement les capacités du conducteur, tout en garantissant sa stabilité mécanique et le respect des contraintes géométriques.
Industrialisation de la technologie
Assurer la compatibilité avec les outils industriels, produire des longueurs de conducteurs fiables et garantir un contrôle qualité rigoureux.
Méthodologie et approche
01
Revue et analyse
Étudier les conducteurs existants, définir les performances clés et identifier les besoins spécifiques des aimants de fusion.
02
Innovations et tests
Proposer des conceptions innovantes, fabriquer des prototypes et les tester dans des conditions réelles (forts champs, cryogénie).
03
Synergie avec les projets SupraFusion
Collaborer avec les autres projets du programme pour intégrer les avancées sur les matériaux, la protection des aimants et la conception des systèmes de fusion.
Résultats marquants
Revue des conducteurs HTS réalisée : Plus de 20 conducteurs ont été analysés, ainsi que leurs propriétés, caractéristiques et résultats d’essais respectifs.
Amélioration des techniques de modélisation : Mise à niveau ou développement d’outils de modélisation pour répondre aux principaux défis identifiés (redistribution du courant, pertes AC, mécanique, quench et refroidissement cryogénique)
Conception et approvisionnement des outils de fabrication des câbles : Les outils nécessaires à la production à court terme de prototypes de câbles bobinés hélicoïdalement ont été conçus et approvisionnés. Leur mise en service est actuellement en cours.
Mise à niveau des moyens d’essais : Les moyens d’essais ont été conçus ou mis à niveau afin de les adapter aux propriétés des HTS. Un banc d’essai refroidi par bain à 77 K / 10 kA (CRISTAL), ainsi qu’un insert à 77 K pour notre dispositif de mesure des pertes AC (Josefa), ont notamment été développés.
Revue internationale du projet : Les 11 et 12 décembre 2025, quatre experts reconnus ont participé à la première revue de SF-Cond. Les membres du comité ont salué l’expertise réunie ainsi que le lancement des travaux.
Conclusion du comité
- Le comité salue la quantité de travail réalisée dans un délai relativement court (la première année), au sein d’une organisation bien structurée et efficace.
- Le programme est particulièrement ambitieux. L’adéquation entre les ressources disponibles et le développement ne peut pas être évaluée correctement à ce stade en raison d’un manque d’informations ; des précisions seraient appréciées.
- Le comité formule néanmoins la recommandation suivante : si les ressources disponibles ne sont pas suffisantes pour atteindre les objectifs et ambitions fixés, des financements supplémentaires devront être recherchés.