A l'heure où l'automobile doit répondre à des enjeux environnementaux majeurs, le dimensionnement de la chaîne de traction est l'une des problématiques clef dans la conception d'un véhicule électrique hybride afin d'améliorer sa consommation énergétique. Dans ce contexte, nous proposons de pré-dimensionner les éléments de la chaîne de traction (moteur thermique, machine électrique et batterie) en considérant les profils de mission liés à l'usage du véhicule (urbain, extra-urbain) et sans choix a priori, ni de la structure (série ou parallèle), ni de la puissance nominale des composants. L'originalité des travaux repose ainsi sur deux axes. D'une part, un modèle de l'usage d'un véhicule est développé afin de caractériser une mission définie par le trio de variables {vitesse ; accélération ; inclinaison}. Ce modèle, basé sur la matrice de Markov, permet de conserver la corrélation entre les trois variables ainsi que leurs caractéristiques statistiques. Suite à cette modélisation, de nombreuses missions peuvent être générées aléatoirement. D'autre part, la chaîne de traction hybride est modélisée selon une approche par flux de puissance pour les deux structures série et parallèle. Des modèles génériques adimensionnels des composants sont alors utilisés de manière à ne pas faire de choix a priori sur leur valeur nominale et une stratégie de gestion de l'énergie en ligne maximisant le rendement de la chaîne de traction est proposée. Enfin, un algorithme de dimensionnement a été développé de manière à minimiser la consommation de carburant du véhicule sur un ensemble de missions simulées. Le dimensionnement obtenu est donc optimisé par rapport à l'usage prévu du véhicule.

Le développement de nouveaux matériaux supraconducteurs et la mise au point de processus de fabrication de câbles comme les films YBaCuO, permettent d'envisager de nouvelles application ou d'en améliorer les performances. Pour l'étude des applications industrielles, il est nécessaire de connaitre les caractéristiques électromagnétiques de ces nouveaux matériaux. Pour tous les supraconducteurs, la difficulté réside dans la reconstitution de la loi électrique locale E(J), à partir des mesures. Cette thèse consiste donc à la mise au point d'outils théoriques et expérimentaux permettant la caractérisation des matériaux supraconducteurs à haute température critique. Les travaux ont principalement été menés sur deux méthodes : _la méthode MB, qui consiste à effectuer des mesures sur une bobine puis d'extraire les propriétés du ruban supraconducteur. _le field mapping, qui repose sur la mesure d'une cartographie de l'induction magnétique. Ces méthodes ont été testée et validée tant au niveau expérimental que théorique.

Cette thèse étudie les problèmes liés à l’association des principaux composants des réseaux électriques.La nature inductive des éléments à connecter pose des problèmes lors de leur association dans un nœud de connexion commun. Deux solutions sont proposées pour résoudre ce problème et rendre ainsi possible la simulation. Une première solution accepte la présence de causalités dérivées, la deuxième consiste à simplifier les modèles en supprimant localement les régimes dynamiques pour faciliter leur association.La mise en évidence graphique de la causalité dans le modèle global d’un micro réseau à structure variable montre que différentes configurations sont possibles, avec pour chacune un comportement et un fonctionnement différents pour les composants. L’outil bond graph a été choisi pour la modélisation des différents éléments, l’analyse des propriétés des modèles et la conception de lois de commande par modèle inverse à l’aide de la bicausalité. La robustesse de la commande pour le convertisseur d’électronique de puissance est analysée d’une manière classique pour tester ses performances par rapport aux incertitudes paramétriques, en faisant varier la charge connectée au convertisseur. La commande est validée par simulation et de manière expérimentale / This thesis concerns the problem linked to the association of the main components of an electrical network.The inductive nature of the elements to be connected involved some problems for their association through a common connection node. Two solutions are proposed to solve this problem and thus make possible the simulation. One solution accepts the presence of derivative causality in the global model, the second one consists in simplifying the models by removing locally dynamic modes to facilitate their association.The graphical description of causality in the global model of a micro grid with variable structure shows up that different configurations are possible, with different behavior and functioning for the components in each case.The bond graph tool has been chosen for modeling the different components, analyzing the model properties and designing control laws based on inverse models derived from bicausal bond graph. Robustness to parameter uncertainties of the electronic power converter control law is analyzed in a traditional way, by varying the load connected to the power converter. The control law is validated by simulation and experimentally

Dans un contexte de développement des énergies renouvelables et des liaisons HVDC dans les systèmes électriques, les travaux présentés s’attachent au fonctionnement technique de tels systèmes. La génération éolienne, photovoltaïque et les liaisons HVDC sont interfacées par dispositifs d’électronique de puissance au réseau de transport électrique. Dès lors, serait-il envisageable d’alimenter la demande électrique uniquement via des sources électriques interfacées par des convertisseurs statiques ?Le pilotage du système électrique par électronique de puissance constitue un changement radical du fonctionnement dynamique des réseaux. La traditionnelle stratégie de commande « grid-following » des onduleurs a montré ses limites lorsque la pénétration de ces dispositifs devient importante. Elle doit être révisée au profit de stratégies dîtes « parallel grid-forming ».Dans cette thèse, les besoins fondamentaux du système électrique sont d’abord analysés pour définir les exigences de la stratégie « parallel grid-forming », ainsi que les défis associés. Selon ces spécifications, une méthode de synchronisation de sources « grid-forming » est ensuite proposée ainsi qu’un contrôle de tension, adapté aux limitations physiques des convertisseurs de tension PWM. La stabilité de la solution est discutée pour différentes configuration de réseau. Enfin, une stratégie de limitation du courant a été spécifiquement développée pour palier la sensibilité des VSC aux sur courants, lors d’évènements réseaux éprouvant. Les idées développées sur un convertisseur unique sont appliquées à petits réseaux afin d’extraire des interprétations physiques depuis des simulations temporelles / In the context of renewable energy and HVDC links development in power systems, the present work concerns the technical operations of such systems. As wind power, solar photovoltaics and HVDC links are interfaced to the transmission grid with power-electronics, can the system be operated in the extreme case where the load is fed only through static converters?Driving a power system only based on power electronic interfaced generation is a tremendous change of the power system paradigm that must be clearly understood by transmission grid operators. The traditional “grid-feeding” control strategy of inverters exhibits a stability limit when their proportion becomes too important. The inverter control strategy must be turned into a “parallel grid-forming” strategy.This thesis first analyses the power system needs, proposes the requirements for “parallel grid-forming” converters and describes the associated challenges. Accordingly, the thesis gives a method for designing a stable autonomous synchronization controls so that grid-forming sources can operate in parallel with a good level of reliability. Then, a method is proposed to design a voltage control for a grid-forming PWM source taking into account the limited dynamic of large converters. The robustness of the solution is discussed for different configuration of the grid topology. A current limiting strategy is presented to solve the current sensitivity issue of grid-forming converters, subject to different stressing events of the transmission grid. The ideas developed on a single converter are then applied on small grids with a limited number of converters to allow a physical interpretation on the simulation results.

Les propriétés électriques et physiques de structures à faible dimensionalité ont été étudiées pour des applications dans des domaines divers comme l’électronique, les capteurs. La mesure du bruit bruit à basse fréquence est un outil très utile pour obtenir des informations relatives à la dynamique des porteurs, au piègeage des charges ou aux mécanismes de collision. Dans cette thèse, le transport électronique et le bruit basse fréquence mesurés dans des structures à faible dimensionnalité comme les dispositifs multi-grilles (FinFET, JLT…), les nanofils 3D en Si/SiGe, les nanotubes de carbone ou à base de graphène sont présentés. Pour les approches « top-down » et « bottom-up », l’impact du bruit est analysé en fonction de la dimensionalité, du type de conduction (volume vs surface), de la contrainte mécanique et de la présence de jonction metal-semiconducteur. / Electrical and physical properties of low-dimensional structures have been studied for the various applications such as electronics, sensors, and etc. Low-frequency noise measurement is also a useful technique to give more information for the carrier dynamics correlated to the oxide traps, channel defects, and scattering. In this thesis, the electrical transport and low-frequency noise of low-dimensional structure devices such as multi-gate structures (e.g. FinFETs and Junctionless FETs), 3-D stacked Si/SiGe nanowire FETs, carbon nanotubes, and graphene are presented. From the view point of top-down and bottom-up approaches, the impacts of LF noise are investigated according to the dimensionality, conduction mechanism (surface or volume conduction), strain technique, and metal-semiconductor junctions.

Ce travail propose une optimisation de la conductivité électrique transverse des composites structuraux matrice/fibres de carbone. L'influence de la fonctionnalisation électrique de l'ensimage sur la conductivité des composites est particulièrement étudiée. Des feuillets submicroniques d'argent (AgNpts) ont été élaborés en présence de citrate de sodium (TSC). Leur morphologie plane est particulièrement adaptée à une dispersion dans un ensimage. Les feuillets ont été dispersés dans une matrice modèle. Le seuil de percolation électrique des feuillets est déterminé à 5,9 %. Cette valeur est cohérente avec un facteur de forme modéré, compris entre 12 et 28. L'ensimage fonctionnalisé a ensuite été déposé sur une mèche de fibres de carbone, elle-même imprégnée par une matrice PAEK hautes performances. Avant imprégnation des fibres de carbone, des fils submicroniques d'argent ont été introduits dans la matrice PAEK. Des composites matrice-fils submicroniques d'argent/fibres de carbone avec ensimage conducteur ont été mis en œuvre. Leur conductivité électrique est élevée (7 S.m-1), alors que la fraction volumique en particules d'argent (fils et feuillets) est inférieure à 1 % en volume. / This PhD thesis deals with the optimization of transverse electrical conductivity of Thermoplastic Carbon Fiber Reinforced Polymer. The influence of an electrically conductive sizing has been investigated. Silver nanoplates (AgNpts) have been successfully synthesized by a soft chemical reduction, with trisodiumcitrate (TSC) as surfactant. Silver nanoplates have been dispersed into a model matrix, percolation threshold has been determined near 5.9 % in volume fraction. This value is consistent with their moderate aspect ratio (between 12 and 28). Size and morphology of silver nanoplates are suitable for their dispersion in the sizing. Carbon fiber has been coated with conductive sizing. Carbon fiber will be further impregnated by a PAEK thermoplastic matrix. A higher conductivity level has been achieved by introducing silver nanowires in the PAEK matrix. Structural composites consisting of matrix-silver nanowires / continuous carbon fiber sized with conductive sizing have been elaborated. Their electrical conductivity reached 7 S.m-1 for a total silver volume fraction of 1 %.vol.

A l'interface solide-liquide, des réactions physicochimiques conduisent à polariser l'interface et à former la double couche électrique (DCE). La circulation du liquide transporte une partie des charges électriques de la DCE et conduit au phénomène d'électrisation par écoulement. Dans les transformateurs de puissance, constitués, entre autres, d'huile minérale et de carton d'isolement, le phénomène d'électrisation est suspecté d'être à l'origine de certaines défaillances et accidents. Dans cette problématique de risque, de nombreuses études ont été menées et ont permis de mettre en évidence l'influence de paramètres significatifs : nature des matériaux, humidité des matériaux, géométrie et vitesse de l'écoulement, température. Peu d'études se sont concentrées sur l'influence du champ électrique, en particulier les champs continus (DC). Même si le champ électrique généré dans les équipements de puissance est principalement alternatif (AC), il n'en est pas moins vrai que des champs électriques continus (DC) résiduels peuvent être présents, en particulier dans les dispositifs H.V.D.C (High Voltage Direct Current). L'objet du travail s'inscrit dans ce contexte et a pour but, dans une approche à la fois expérimentale et numérique, d'apporter des éléments de réponse sur le développement et le transport des charges de la double couche électrique sous contrainte de champ électrique externe. / At the solid-liquid interface, physicochemical reactions lead to the polarization of the interface and to the formation of an electrical double layer (EDL). The process of flow electrification is due to the convection of part of the electrical charges located in the EDL. In power transformers within which mineral oil and pressboard are commonly used for cooling and electrical insulation, a flow electrification phenomenon is suspected to be responsible of failures. In this hazard assessment problematic, many studies have been made and allowed identifying the influence of significant parameters: nature of materials, moisture level of materials, flow geometry and velocity, temperature. Few studies have focused on the influence of the electric filed, particularly the continuous electric fields (DC). Even though the electric field generated within power transformers is mainly alternating (AC), it is nonetheless true that residual DC electric fields may be detected (e.g. High Voltage Direct Current appartus). This present work fits in this context and aims at providing, both through an experimental and numerical approach, some answers on the development and the transport of charges from the electrical double layer under external electric field stresses.

Abstract<p><p>1.\ / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La connectique utilisée en automobile est soumise à des sollicitations vibratoires provoquant des micro-glissements répétitifs à l'origine d'importants endommagements électriques et mécaniques. Les travaux réalisés dans cette thèse ont permis de mieux comprendre les phénomènes mis en jeu lorsqu'un contact est soumis à des vibrations et ont contribué à l'évolution des connaissances et à la résolution de problèmes de connectique dans des cas spécifiques. En effet, le phénomène appelé fretting-corrosion engendre des défauts complexes dans la connectique automobile. Dans la connectique bas niveaux, il provoque une transmission erronée ou l'absence d'un signal entre les différents organes (ex : capteurs, calculateurs, etc.), tandis que dans la connectique de puissance, ce phénomène engendre des échauffements qui sont dus à l'effet Joule mais aussi à des apparitions intermittentes d'arcs électriques (> 6000 K) lors des vibrations. Ces échauffements excessifs engendrent un ramollissement des matériaux, constituant le housing (logement du connecteur). Cela peut impliquer une modification de la force de contact appliquée à ce dernier sans oublier l'accélération de l'usure mécanique entre deux parties en contact dynamique. De plus, une analyse des paramètres (courant, revêtements du substrat, épaisseurs des revêtements) qui influent sur ce phénomène a été entreprise lors de cette étude. / Electrical connections used in automobiles are subject to vibration forces causing repetitive micro-sliding which is at the origin of significant electrical and mechanical damage. The thesis research performed has allowed us to better understand the phenomena in play when a contact is subject to vibrations and has contributed to the development of knowledge and to the resolution of connection problems in specific cases. In fact, the phenomenon called fretting-corrosion leads to complex faults in automotive connections. In low power level connections, it causes erroneous transmission errors or the absence of signal between different components (e.g. sensors, computers, etc.) while in power connections, this phenomenon produces heating due to the Joule Effect but also the intermittent appearance of electrical arcs (> 6000 K) during vibrations. This excessive heating causes the materials constituting the connector housing to soften. This could lead to the modification of the applied contact force of the latter and in addition, the acceleration of mechanical wear between the two parts in dynamical contact. In addition, the analysis of parameters (current, coatings of the substrate, thicknesses of coatings) which influence this phenomenon, were performed during this research.

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