Ce 2 juillet 2025, pendant la conférence internationale Magnet Technology, qui s’est tenue à Boston, USA, Gianluca Vernassa, doctorant à l’Ecole des Mines de Saint-Etienne et membre de l’International Muon Collider Collaboration (IMCC), a reçu le IEEE Council on Superconductivity Graduate Study Fellowship Award pour son travail de recherche sur les aimants supraconducteur REBCO à très haut champ. Il mène son doctorat au CERN dans le cadre de IMCC, sous la co-supervision de Luca Bottura et Bernardo Bordini (CERN), Hélène Felice (CEA Paris-Saclay/DRF/Irfu) et sous la direction de Guillaume Kermouche (Mines Saint-Etienne, Laboratoire Georges Friedel UMR5307) et Jean-Michel Bergheau (Centrale Lyon ENISE, Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes UMR5513).
Les aimants supraconducteurs sont essentiels dans de nombreuses applications telles que la physique des particules, les applications médicales (IRM, hadronthérapie) et les réacteurs pour la fusion nucléaire visant à alimenter le monde en électricité propre. Pour la plupart de ces applications, des champs magnétiques supérieurs à 20 T sont visés. L’un des matériaux prometteurs pour atteindre de tels champs est le ruban REBCO, un matériau multicouche très fin alliant notamment céramique et acier austénitique. Cette technologie pourrait jouer un rôle crucial dans le futur collisionneur de Muons (https://muoncollider.web.cern.ch/).
Pour comprendre et pousser les limites de cette technologie, Gianluca Vernassa a exploré quand et comment ce matériau réagit et rompt sous la contrainte mécanique.
Avec le support du Laboratoire Georges Friedel, il a identifié les caractéristiques microstructurales et mécaniques à l’échelle des constituants du ruban REBCO, qui pourraient jouer un rôle sur sa résistance. Plus particulièrement, ces résultats expérimentaux ont nourri des modèles numériques combinant les aspects électromagnétiques, supraconducteurs et mécaniques et ayant pour but la mise en place de critères de dimensionnement des aimants.
En complément, Gianluca a participé à une expérience dite de délamination à l’Université de Genève. Lors de cette expérience, un échantillon de ruban REBCO est positionné sur un porte-échantillon spécifique, refroidi à 4,2 K et soumis à une champ magnétique extérieur de 19 T. Il est alors alimenté par un courant. L’interaction du courant et du champ induit une force sur le ruban multicouche qui selon sa direction peut conduire à la séparation des couches constituantes du ruban. On parle de délamination. Dans la même logique que lors des caractérisations micromécaniques, via la modélisation et les résultats expérimentaux, ce travail contribue à comprendre les limites mécaniques du matériau et à définir des critères de conception mécaniques des aimants à ultra haut champ.
L’approche intégrée que propose Gianluca Vernassa, de la mécanique du ruban à la mécanique de l’aimant, alliant démarche expérimentale, analytique et numérique, permet la mise en place d’outils de conception pour la technologie des aimants ultra haut champ.
Au nom de tous ses encadrants, Luca Bottura (IMCC CERN) mentionne être très fier du travail de Gianluca. Il rappelle que « ses résultats sont une brique élémentaire capitale pour le développement des aimants à très haut champ, certes utile pour de futurs collisionneurs, mais aussi pour bien d’autres applications scientifiques et sociétales. »
