Modélisation de l’effet magnétoélectrique

Nous avons poursuivis les travaux de modélisation de l’effet magnétoélectrique extrinsèque, initiés au laboratoire en 2007, afin de répondre aux besoins de la communauté qui ne disposait pas de modèle fiable et suffisamment complet permettant d’étudier des dispositifs utilisant cet effet. Ce dernier découle du couplage de matériaux piézoélectriques et magnétostrictifs, principalement sous forme de systèmes laminés, ou d’inclusions plongées dans une matrice (matériau composite). Nous avons mis en place deux méthodes de modélisation complémentaires. La première est basée sur des méthodes d’homogénéisation en champs moyens, permettant d’obtenir les propriétés effectives d’un matériau composite de façon semi-analytique à partir de quelques informations statistiques sur la microstructure (fractions volumiques des phases, …). Ce type d’approche a permis de proposer des outils nécessitant moins de ressources de calcul (ratio > 1000) par rapport à une approche en champs complets sur l’étude des matériaux composites. De plus, ces règles de changement d’échelle, originellement bien établis pour les comportements découplés, ont été étendus aux comportements couplés grâce à une décomposition intelligente des champs suivant leurs origines physiques. Des travaux ont également été menés sur la prise en compte des moments d’ordre 2 pour les comportements couplés afin d’améliorer les modèles dans le cas de comportements non-linéaires.

La seconde méthode est plus appropriée pour l’étude de dispositifs magnétoélectriques. Elle se base sur une considération macroscopique des lois de comportement de chacun des constituants, intégrées dans une modélisation par la méthode des éléments finis. Les modèles obtenus nous ont permis d’être parmi les premiers à expliquer l’origine de l’amplification de l’effet magnétoélectrique sur un dispositif excité par un champ harmonique, observée expérimentalement par la communauté, ainsi que le rôle des non-linéarités. De plus, une première étude de l’influence des paramètres intrinsèques aux matériaux a pu être proposée pour optimiser l’effet obtenu, laissant entrevoir les possibilités offertes pour la conception de dispositifs originaux. Ces travaux nous ont conduit à établir une collaboration nationale avec le LGEF de l’INSA de Lyon, et une collaboration internationale avec le Laboratory for Micro-Nano Technology au Vietnam, afin de valider nos modèles.

Capteur de champ magnétique basé sur l’effet magnétoélectrique Amplification de l’effet magnétoélectrique autour des résonances mécaniques
Capteur de champ magnétique basé sur l’effet magnétoélectrique Amplification de l’effet magnétoélectrique autour des résonances mécaniques