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Les champs magnétiques statiques à Grenoble

Les effets des « champs magnétiques », notamment dans le domaine de la physique, ont justifié des efforts technologiques importants : d’abord par l’utilisation d’électro-aimants et la réduction de leur entrefer pour produire des champs magnétiques inférieurs à 2-3T, puis par l’utilisation de bobines conductrices (en cuivre) dans lesquelles un refroidissement efficace doit éliminer les pertes par effet Joule associées à l’augmentation du courant électrique. Ainsi vers 1970, les champs magnétiques atteignaient 15-20 T (dans 34mm de diamètre) avec une puissance électrique de 10 MW (MIT Boston, Francis Bitter) ou 8-11T (dans 50mm de diamètre) à Grenoble avec une génératrice de 1,8 MW (LEPM, bât K, R.Pauthenet, J.C. Picoche et P.Rub). Des champs pulsés (30T) sont aussi créés, mais leur exploitation reste délicate (M.Guillot, G.Fillion..).

"Hall champs forts", 1968

Dès la construction en 1962 des laboratoires CNRS sur le site de Grenoble-polygone, Louis Néel conçoit des projets de champs magnétiques plus intenses en augmentant la puissance électrique et en utilisant des redresseurs secs (au lieu de génératrices). C’est ainsi qu’une nouvelle installation le "Service National des Champs Magnétiques Intenses" est construite en 1970 par Louis Néel, avec Jean-Claude Picoche et Pierre Rub, sous la direction de René Pauthenet. L’installation est conçue pour une puissance de 10MW. La puissance installée initialement est de 5MW. Elle permet cependant d’atteindre des champs de 15 à 20T dans 50mm de diamètre.

Klaus von Klitzing à Stokholm, 1985

En 1972, une collaboration est engagée avec le Max-Plank-Institut für Festkörperforschung (MPI-FKF) de Stuttgart, et la puissance est portée à 10 MW Cela permit d’atteindre des champs de 25T avec les premières bobines polyhélices construites par Hans Schneider-Muntau. C’est dans ces champs intenses que Klaus von Klitzing met en évidence l’effet Hall quantique entier (à Grenoble dans la nuit du 4 au 5 février 1980), qui lui vaudra le prix Nobel de physique en 1985.

Des projets de bobines hybrides sont conçus dès 1975 , et un record mondial de champs magnétiques (31,35 T) est atteint en 1987 avec une bobine hybride constituée d’une bobine supraconductrice à l’extérieur fournissant 11 T auxquels s’ajoutent 20,5 T fournis par une bobine résistive à l’intérieur. Elle est construite par une équipe franco-allemande (J.C. Vallier et Hans Schneider-Muntau).

Premier aimant hybride qui atteint 31.35 T dans un diamètre de 50 mm en 1987

Fin 1989, le partenariat MPG – CNRS est marqué par la création d’un laboratoire commun : le GHMFL "Grenoble High Magnetic Field Laboratory" qui fonctionnera jusqu’à fin 2004. En 1990-91, la puissance des installations électrique et hydraulique est doublée pour atteindre 24 MW, grâce au partenariat MPI – CNRS marqué par la création d’un laboratoire franco-allemand commun qui fonctionnera jusqu’à fin 2004. Pour se maintenir au plus haut niveau international, le GHMFL commence en 1997 la construction d’une nouvelle bobine hybride. La partie supraconductrice (de 8 T) ne fonctionnant pas, sa construction est actuellement reprise sur de nouvelles bases techniques, pour atteindre 43 T. Les progrès dans la conception des polyhélices (G.Aubert, W.Joss et F.Debray) ont permis d’améliorer leurs performances jusqu’à un champ de 35T disponible dans un diamètre de 34 mm, (ou 30T dans 50 mm) avec une puissance de 24MW. Dans le même temps l’homogénéité est la stabilité du champ ont été considérablement améliorées par utilisation de sondes RMN (S.Kramer).

En 2009, la création du Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI) regroupe les efforts du laboratoire de Toulouse dans le domaine des champs pulsés et de celui de Grenoble pour les champs magnétiques continus, sous la direction de Geert Rikken.