Contribution à la conception des bobinages supraconducteurs de type dipolaire en Nb3Sn pour les accélérateurs de particules

L'amelioration des accelerateurs de particules passe notamment par la mise en oeuvre de technologies complexes telles que celles des aimants supraconducteurs. L'un des parametres clef dans la conception d'aimants est la precontrainte mecanique appliquee a temperature ambiante et qui assure la compression du bobinage pendant l'excitation. Dans les dipoles, la production de fortes inductions et la presence de grandes contraintes mecaniques se conjuguent mal avec la sensibilite des proprietes supraconductrices du Nb3Sn a la contrainte mecanique. La limite maximale de la contrainte mecanique que peut subir le Nb3Sn sans que ses proprietes ne soient degradees est actuellement estimee aux alentours de 150 MPa, valeur encore tres discutee au sein de la communaute scientifique. Quelle que soit cette valeur, des etudes preliminaires montrent que des contraintes de plus de 200 MPa dans des ouvertures de plus de 130 mm sont induites dans des configurations conventionnelles en cosinus theta, ce qui justifie le besoin de concevoir de nouvelles configurations magnetiques. La partie introductive de ce memoire presente les enjeux et les defis technologiques auxquels doivent faire face les concepteurs d'aimants. La seconde partie propose une etude de nouvelles configurations de dipoles fondees sur l'intersection d'ellipses pour de grandes ouvertures (88, 130 et 160 mm) et forte induction (13 T). Apres une etude theorique, une configuration magnetique 2D est detaillee et une etude mecanique est developpee pour une ouverture de 130 mm. Dans la derniere partie, la conception d'un dispositif experimental destine a l'etude de l'influence de la precontrainte sur l'accommodation d'un aimant dipolaire en Nb3Sn a echelle reduite est detaillee. Les resultats du test ayant permis de valider la structure mecanique sont presentes