La réfrigération magnétique : conceptualisation, caractérisation et simulation

Magnetic refrigeration is a relevant alternative in consideration of environmental restrictions of refrigerants gases. These restrictions require to improve the current technology or to pave the way for a new one, hence the opportunity for magnetic refrigeration to demonstrate its potential. Indeed, it could be energetically efficient and with higher power densities. This work aims to estimate the potential of magnetic refrigeration. Magnetism and thermodynamic, essential tools for our study, are developed in a case of magnetocaloric effect. With some care, we show that material characterizations are able to give consistence and relevant model. Magnetocaloric effect suffers of small temperature variations; therefore structures that increase the temperature span and give competitive system are studied. Finally numerical models are developed to optimize active magnetic regenerators, which are currently the most used. These models are used to calculate and design systems close to their optimum.La réfrigération magnétique est une alternative pertinente dans un contexte où les gaz réfrigérants sont soumis à des restrictions environnementales. Ces restrictions nécessitent l'évolution de la technologie actuelle ou bien l'émergence d'une nouvelle, d'où l'opportunité pour la réfrigération magnétique de prouver son potentiel. En effet, elle pourrait s'avérer énergiquement plus efficace et avec des densités de puissance supérieure. Ces travaux de thèse apportent des réponses sur le potentiel de la réfrigération magnétique. Dans cette logique, la thermodynamique et le magnétisme, outils indispensables à notre étude, sont développés dans le cas des matériaux à effet magnétocalorique. Puis, nous verrons que les caractérisations de ces derniers sont en mesure de fournir des modèles matériaux cohérents et réalistes, si des précautions sont prises. L'effet magnétocalorique étant limité en termes de variation de température, nous allons étudier différentes structures de réfrigération. Enfin, des modèles numériques sont développés pour permettre d'optimiser les structures à régénérations actives, qui sont les plus utilisées. Ces modèles doivent permettre de dimensionner des systèmes proches de leurs optimums

First vs second order magnetocaloric material for thermomagnetic energy conversion

International audienceWe estimate the power and efficiency of a thermal energy harvesting thermodynamic Brayton cycle using a first and second order magnetocaloric materials as active substance. The thermodynamic cycle was computed using a simple thermal exchange model and an equation of state deduced from a phenomenological Landau model. For the first and second order materials, narrow and high frequency cycles are optimum and give similar performances. Considering technological issues hindering the increase of frequency, we introduced a more detailed approach where we take into account the time needed to switch the material between two heat reservoirs. We show that the first order material equation of state leads thermodynamic cycle shape keeping it closer to the optimum cycle. Conditions to improve the performance of second order materials are discussed. In addition, we infer key remarks for prototype design regarding the power density and efficiency reachable in different configurations

Advanced approach to local magnetic field computation in magnetocaloric materials characterization

International audienceMagnetocaloric material (MCM) measurements and data treatments are essential for modeling and developing magnetic refrigeration system. The paper discusses the thermodynamic relevance of the material model considered and proposes a suitable strategy. Models consistent with thermodynamics are essential for computation of coefficient of performance (COP) of refrigeration system. The study is supported by the knowledge of intrinsic material characteristics and analyses of thermodynamic behaviors

Réfrigération magnétique Etat de l'art et développements récents

La réfrigération magnétique, basée sur l'effetmagnétocalorique, est une thématique relativement récente etprometteuse devant permettre de réaliser des systèmes moinsénergivores que la technologie conventionnelle et sans impact surl'environnement. Pluridisciplinaire, elle implique de maîtrisertoute une filière, du matériau à l'application et de lever desverrous scientifiques et technologiques. L'article fait un état del'art, discute des derniers travaux réalisés, et illustre lesproblèmes soulevés en particulier dans le domaine thermique ens'appuyant sur l'expérience acquise au G2Elab.</p

Caractérisation dynamique de la variation de température de matériaux magnétocaloriques dans des conditions adiabatiques

International audienceCe document présente un dispositif de caractérisation dynamique du ΔT_adiabatique pour des matériaux magnétocaloriques à différentes vitesses d’aimantation, certaines allant jusqu’à 1T/ms. Le dispositif est relativement simple de conception : mesure de température par thermocouple, source de champ réalisée à l’aide d’aimants, contrôle de la source de champ à l’aide d’un moteur électrique et contrôle de la température de l’échantillon par une cellule Peltier. Ce prototype répond à deux problématiques : offrir un moyen simple de caractériser le ΔT_adia et explorer la réponse dynamique de l’effet magnétocalorique

Hard Ferromagnets as a New Perspective on Materials for Thermomagnetic Power Generation Cycles

We consider the ways in which magnetically hard materials can be used as the working materials in thermomagnetic power generation (TMG) cycles in order to expand the area in the magnetisation vs. applied field ($M-H$) plane available for energy conversion. There are 3 parts to this Perspective. First, experiments on commercially available hard ferrites reveal that, while these materials are not yet good TMG candidates, hard ferromagnets with higher thermal conductivity and a greater change of magnetization with temperature could outperform existing TMG materials. Second, computational results indicate that biasing a soft magnet with a hard ferromagnet is essentially equivalent to shifting the $M-H$ loop by an amount proportional to the field of the biasing magnet. Work outputs under biased conditions show a substantial improvement over unbiased cycles, but experimental verification is needed. Third, we discuss the rationale for exploring artificial spin reorientation materials as novel TMG working materials.Comment: 13 pages, 7 figure

Système de récupération d'énergie thermique à base de matériaux magnétocaloriques

International audience-Les générateurs thermomagnétiques convertissent le flux de chaleur en énergie électrique. Le matériau magnétocalorique (MMC) réalise un cycle thermodynamique entre deux sources de chaleur ce qui produit une variation d'aimantation du matériau. Cette énergie (variation d'aimantation) est ensuite transformée en énergie mécanique via les forces magnétiques et enfin en énergie électrique via un transducteur électromécanique. Le dimensionnement du cantilever permettant l'auto-oscillation du MMC entre les deux sources de chaleur nous a permis de déduire la vitesse au cours des déplacements. Ainsi à partir du modèle où le transducteur est découplé de la partie mécanique, nous avons à l'aide de simulation par éléments finis estimé l'aptitude d'un transducteur piézoélectriques (PZT 5a) et de bobines à convertir l'énergie mécanique en énergie électrique. Le système à base de piézoélectriques et de bobines récupèrent seulement 0,025 % et 0,018% respectivement de l'énergie mécanique disponible (116 mJ/cm 3). Finalement quelques pistes seront soulevées pour expliquer les faibles valeurs obtenues et les stratégies possibles pour y remédier Mots-clés-Matériaux Magnétocalorique, Thermomagnétique, Récupération d'énergie thermique, Energie

Measurement of the top quark forward-backward production asymmetry and the anomalous chromoelectric and chromomagnetic moments in pp collisions at √s = 13 TeV

Abstract The parton-level top quark (t) forward-backward asymmetry and the anomalous chromoelectric (d̂ t) and chromomagnetic (μ̂ t) moments have been measured using LHC pp collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV, collected in the CMS detector in a data sample corresponding to an integrated luminosity of 35.9 fb−1. The linearized variable AFB(1) is used to approximate the asymmetry. Candidate t t ¯ events decaying to a muon or electron and jets in final states with low and high Lorentz boosts are selected and reconstructed using a fit of the kinematic distributions of the decay products to those expected for t t ¯ final states. The values found for the parameters are AFB(1)=0.048−0.087+0.095(stat)−0.029+0.020(syst),μ̂t=−0.024−0.009+0.013(stat)−0.011+0.016(syst), and a limit is placed on the magnitude of | d̂ t| &lt; 0.03 at 95% confidence level. [Figure not available: see fulltext.

Measurement of t(t)over-bar normalised multi-differential cross sections in pp collisions at root s=13 TeV, and simultaneous determination of the strong coupling strength, top quark pole mass, and parton distribution functions

Peer reviewe

An embedding technique to determine ττ backgrounds in proton-proton collision data

An embedding technique is presented to estimate standard model tau tau backgrounds from data with minimal simulation input. In the data, the muons are removed from reconstructed mu mu events and replaced with simulated tau leptons with the same kinematic properties. In this way, a set of hybrid events is obtained that does not rely on simulation except for the decay of the tau leptons. The challenges in describing the underlying event or the production of associated jets in the simulation are avoided. The technique described in this paper was developed for CMS. Its validation and the inherent uncertainties are also discussed. The demonstration of the performance of the technique is based on a sample of proton-proton collisions collected by CMS in 2017 at root s = 13 TeV corresponding to an integrated luminosity of 41.5 fb(-1).Peer reviewe