Modèle thermique pour l’étude de l’effet magnétocalorique d’une plaque de gadolinium – comparaison expérimentale
La mise au point des futures machines de froid et de chauffage magnétocalorique en remplacement des machines actuelles à compression de vapeur condensable repose sur l’optimisation du cycle actif magnétique à régénération (AMR) qu’elles utilisent. L’analyse du cycle AMR pour différentes formes d’onde du champ magnétique et de la vitesse du fluide caloporteur au sein du régénérateur magnétocalorique est un levier essentiel de cette optimisation. La modélisation de l’ensemble des phénomènes physiques qui se produisent lors de l’application et de la suppression du champ magnétique sur un matériau magnétocalorique tel que le gadolinium nécessite un couplage fin des modèles magnétostatique, magnétocalorique et thermo-fluidique du régénérateur actif.
Notre modélisation multiphysique prend en compte au maximum les phénomènes se déroulant au sein du matériau actif et les échanges thermiques et dynamiques avec le fluide caloporteur. Dans cet article, nous étudions l’évolution de la température du matériau magnétocalorique lors de l’application de cycles de champ magnétique.
Le dispositif expérimental mis en place est composé d’une plaque de gadolinium (45x13x1 mm) utilisé comme matériau actif placée dans l’entrefer d’un électroaimant pouvant générer un champ magnétique de 1 Tesla. L’évolution du champ magnétique est précisément mesurée au cœur de l’entrefer à l’aide d’une micro-sonde à effet Hall. A l’intérieur de cette plaque, sont fixés deux micro-thermocouples spécialement conçus au sein de l’Institut FEMTO-ST. Afin de suivre l’évolution de la température du matériau, nous utilisons également une caméra infrarouge pour mesurer la température de surface du gadolinium au cours des cycles magnétiques.
La très bonne concordance entre le modèle théorique et les résultats expérimentaux permet de confirmer la modélisation de l’effet magnétocalorique et de valider le couplage multiphysique des modèles magnétostatique, magnétocalorique et thermique.