MIAM : Accélération de la découverte d’aimants permanents innovants à teneur réduite en terres rares critiques
Pilote : Julie MAISONNEUVE
CEA LITEN/DTNM
Mots clés : Nouveaux aimants permanents à base de terres rares, Simulations thermodynamiques, Synthèse et caractérisation de couches minces à haut débit, Fabrication d’aimants massifs, Intelligence artificielle, Simulations micro-magnétiques, Substitution d’éléments critiques, Énergies bas carbone, Ligne pilote de fabrication d’aimants, Magnets by design
Le projet MIAM répond au besoin d’accélérer la découverte et le développement de nouveaux aimants permanents de haute performance et à faible teneur en terres rares en s’appuyant sur les méthodes de fabrication et caractérisation à haut débit et de l’intelligence artificielle. Les aimants à base de terres rares sont nécessaires pour le fonctionnement des machines électriques dont ils améliorent les rendements et la compacité. Ils sont particulièrement performants pour des moteurs de traction et les génératrices installées dans les éoliennes off-shore. Les aimants occupent donc une position clef dans la transition vers des transports et des énergies décarbonés.
Dans un contexte de forte croissance de la demande de ces composants, la minimisation des terres rares dans les aimants répond à un double enjeu de sécurisation des approvisionnements et de réduction des impacts environnementaux.
Cette rupture pourrait être atteinte par la substitution des aimants actuels, de type R2Fe14B, par une nouvelle famille d’aimants de type RT12-xMx, cristallisant dans la structure ThMn12 et possédant une aimantation équivalente (R = terres rares, T = métaux de transition, M = éléments de stabilisation). Le gain sur la teneur en terres rares serait alors de 30 à 50 %. De nombreuses combinaisons d’éléments de R (Nd, Sm, Ce), de T (Fe, Co,) et M (Mo, Ti, V, etc.) sont possibles dans cette famille de matériaux. La diversité des compositions et des paramètres d’élaboration à investiguer dans une échelle de temps courte n’est pas compatible avec une approche conventionnelle mais nécessite de mettre en œuvre des méthodes de fabrication et caractérisation à haut débit et de prédictives des propriétés finales des aimants.
Le projet MIAM vise donc à proposer une méthodologie pertinente pour le design de ces matériaux magnétiques en couvrant toutes les échelles de la microstructure qui sont impliquées dans l’obtention des performances finales de l’aimant. Il permet de couvrir une thématique qui n’est pas encore abordée dans le PEPR DIADEM tout en étant connecté à plusieurs plateformes et projets ciblés du programme.
Le consortium réunit de façon complémentaire des partenaires « leaders » dans leur domaine : le CEA-LITEN qui possède une ligne pilote unique en France pour l’étude des procédés d’élaboration des aimants, le CEA-DES spécialisé dans le développement de bases de données thermodynamiques (CALPHAD) et l’Institut Néel du CNRS qui utilise l’approche combinatoire des couches minces pour étudier les matériaux magnétiques durs et développe des outils originaux de caractérisation magnétique et structurale à haut débit (dans ce dernier cas, par sa gestion d’une des lignes françaises du CRG à l’ESRF). Le groupe de UKW en Autriche, précurseur sur le design numérique d’aimants par des méthodes de machine learning et par la simulation micro-magnétique, est également associé au projet.
En complément de projets avals dédiés à la création de ligne pilote de fabrication d’aimants, le projet MIAM constituera donc une opportunité de conduire les travaux de ressourcement scientifique et technologique qui sont nécessaires pour préparer le transfert.