Les travaux de cette thèse portent sur le refroidissement descomposants électroniques de puissance par métal liquide. Les efforts se sontconcentrés plus particulièrement autour de deux fonctions : la pompeélectromagnétique servant à mettre le fluide en mouvement et le refroidisseur àminicanaux situé sous la source de dissipation.Le mémoire de thèse se structure en quatre chapitres équivalents. Dans lepremier, l’apport des métaux liquides pour le refroidissement des composantsactifs de puissance est démontré. Dans un deuxième temps, l’étude théorique etexpérimentale d’une pompe électromagnétique à conduction est effectuée. Lesystème de refroidissement est plus particulièrement abordé dans le troisièmechapitre. Enfin, des réflexions sur la mise en oeuvre des refroidisseurs à métauxliquides en électronique de puissance sont discutées dans la dernière partie.Grâce à elles, nous voyons que le champ d’application de ces travaux favorisel'émergence de solutions innovantes pour la gestion thermique des composantsélectronique de puissance. / The work presented in this Phd manuscript deals with cooling powerelectronics devices using an electrical conductive fluid. Two important functionshave been considered: the study and the realization of the electromagnetic pumpwhich circulated the fluid in the cooling loop. The second function was study andrealization of the cooler which evacuated the heat from the electronics device.This document has four chapters: introduction to power electronics coolingsystem with liquid metal, electromagnetic pump study, cooler study, and at lastreflections on realizing liquid metal cooler for power electronics devices. Theresults of this work concern a wide range of applications, especially towards newthermal management solutions of power electronics devices.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le contexte des drones vise à réaliser à terme un Nano-dispositif volant (Nano Aerial Vehicle) capable d'imiter le vol des insectes. Ce mode de locomotion est privilégié car il présente des caractéristiques très adaptées au vol en milieu confiné. La solution proposée consiste à développer un drone de la taille d'un insecte s'appuyant sur des ailes vibrantes pour se mouvoir et à utiliser les technologies MEMS pour répondre aux problématiques de fabrication et de réduction d'échelle. La réussite d'un tel projet soulève néanmoins de nombreux défis scientifiques et technologiques, en particulier, les aspects aéro-élastiques des ailes et l'autonomie du drone. Pour répondre à ces défis, nous proposons dans un premier temps de mettre en œuvre des concepts comme la résonance et la torsion passive sur des prototypes en polymère (SU-8) réalisés par photolithographie. Dans un second temps, les différents composants de la chaîne de puissance sont optimisés, notamment l'actionneur électromagnétique, la liaison et les ailes de manière à maximiser la force de portance générée. Suite à ces améliorations, nous démontrons de façon expérimentale que le prototype était capable non seulement de reproduire une cinématique complexe mais également de compenser 75% de son poids. / This manuscript reports a work which aims to develop a tiny flying robots inspired by natural flyers. Our main objective is to devise a flying robot mimicking insects in terms of kinematics and scale using MEMS technologies in order to answer the scale challenges: the large-scale manufacturing and the system's small scale. The success this project faces different challenges such as aeroelastic aspects of wings and drone autonomy.In this work we propose the use of original concepts like resonance and passive torsion of the wings which are implemented on all-polymer prototypes obtained using a micromachining SU-8 photoresist process. In order to achieve a better efficiency of the prototype, each element of the energy transduction has been carefully examined and optimized. Especially, the actuation, the transmission and the wings in order to increase the lift. These improvements demonstrate experimentally that the prototype is able to produce a complex kinematic and compensate 75 % of its weight.

Dans l’industrie automobile, le véhicule électrique séduit de plus en plus de clients. Ce qui limite sa progression dans le marché est son manque d’autonomie. Une des solutions permettant d’augmenter l’autonomie d’un véhicule est de réduire sa masse en modifiant la géométrie des pièces et les matériaux utilisés. Cependant, de tels changements peuvent avoir des impacts sur la CEM du véhicule.Les travaux de cette thèse portent sur l’étude de l’allègement du blindage des batteries de traction pour véhicule électrique du point de vue de la CEM. Plusieurs méthodes de caractérisation de matériaux sont mises en place dans ce document. Une méthode innovante reposant sur l’utilisation d’une cellule TEM ou d’une stripline a été développée durant ces travaux de thèse, elle permet de mesurer la permittivité relative complexe d’un matériau diélectrique inconnu entre 1 kHz et 1 GHz. Les propriétés électromagnétiques ainsi mesurées sont insérées dans des modèles numériques 3D. Les méthodes numériques adaptées à ce type d’étude sont les différences finies dans le domaine temporel et la méthode des moments. L’étude du rayonnement de la batterie a été effectuée grâce à une maquette à l’échelle ½ en chambre semi-anéchoïque et en chambre réverbérante à brassage de mode selon des montages normatifs. Des configurations plus complexes ont ensuite été étudiées en tenant compte de l’intégration du pack-batterie dans le véhicule. / In automotive industry, electric vehicle is becoming more and more attractive for car buyers. The market penetration of electric vehicle is limited by its short range. One of the solutions to increase the range is to lower the weight of the vehicle by modifying the geometry or the material composition. Nevertheless, such changes may have consequences on the EMC of the vehicle.The work of this thesis concern the study of weight reduction of the battery shield from an EMC point of view. Several methods for materials characterization are set in this document. A method which uses a TEM cell or a stripline has been designed during this thesis to measure the complex relative permittivity of an unknown dielectric material. Then, the measured properties are inserted into numerical 3D models. The numerical techniques that fit this study are the finite differences in time domain and the method of moments. The study of radiated electromagnetic field from a battery has been performed thanks to a ½ scale model in semi anechoic chamber and mode-stirred reverberation chamber according to standard setups. More complex configurations were studied taking into account the integration of the battery-pack into the vehicle.

L’étude du problème de la diffusion d’une onde électromagnétique par une suspension de particules non sphériques est une difficulté récurrente dans de nombreux domaines de la recherche et de l’ingénierie. Cela implique d’utiliser des dispositifs expérimentaux hautement spécialisés ou de résoudre les équations de Maxwell, ce qui représente un véritable défi lorsque les particules sont de géométries complexes et avec des distributions statistiques de taille, d’orientation et de forme. L’objectif de la présente thèse est d’explorer l’utilisation de la méthode de Monte Carlo pour résoudre des formulations intégrales du champ électromagnétique diffusé déduites des équations de Maxwell. En particulier, nous résolvons celles de l’approximation de Schiff, de l’approximation de Born ainsi que celle du développement en série de Born. Notre approche est basée sur un travail de reformulation intégrale permettant de concevoir des algorithmes incluant les avancées les plus récentes de la méthode. Cette approche originale, utilisant les outils de la synthèse d’image pour gérer n’importe quelle géométrie, permet de traiter des statistiques de particules ainsi que d’évaluer les sensibilités à des paramètres d’intérêts, sans augmentation significative du temps de calcul. Les outils développés répondent d’ores et déjà aux besoins d’optimisation des photobioréacteurs qui mettent en œuvre des particules à faible contraste d’indice (micro-algues). À l’issue de ce travail, des pistes de recherches ont émergé pour explorer le verrou bien identifié des grandes particules et des forts contrastes d’indice à partir du principe de zéro-variance. / The resolution of the problem of an electromagnetic wave scattered by non-spherical particles suspensions is a significant difficulty encountered in many fields of research and engineering. This implies to use highly specialized experiments or to solve Maxwell’s equations, which is a real challenge when weconsider particles with complex shapes and with statistical distributions of size, orientation and shape.The aim of this thesis is to investigate the use of the Monte Carlo method in order to solve the integral formulations of electromagnetic scattering deduced from Maxwell’s equations. In particular, we solvethose of Schiff’s approximation, Born’s approximation as well as the Born series expansion. Our approachis based on integral reformulation in order to design algorithms including the most recent advances of the method. This original approach, using computer graphics algorithms in order to manage arbitraryshape, permits treating any distributions of parameters as well as evaluating sensitivities to parameters ofinterest, without additionnal CPU time. The developed tools already meet the needs for the optimisation of photobioreactors which bring into play soft particles (micro-algae). From this work, some researchideas have emerged to explore the well-identified issue of large particles and large refractive indices from zero-variance principle.

L’utilisation de réseaux optiques dans la géométrie de diffraction conique a connu ces dernières décennies un essor remarquable dans les domaines UV et X grâce à ses propriétés particulières: absence de l’écrantage derrière les traits du réseau aux incidences rasantes, faible dispersion angulaire limitant l’étirement temporel, efficacité de diffraction élevée. Son usage s’est imposé pour la monochromatisation d’impulsions ultra-brèves. C’est aussi l’une des deux options retenues par la Nasa pour le spectrographe à réseau de l’Observatoire à rayon X de la future mission Lynx. Ce travail de thèse contribue au développement de méthodes numériques pour modéliser les effets de diffraction par des réseaux dans une géométrie encore peu étudiée sous cet aspect. La complexité de cette étude réside dans le couplage inhérent entre les deux états fondamentaux de polarisation. Du point de vue numérique, il impose un calcul ‘’vectoriel’’, là où, en géométrie classique des calculs scalaires suffisent. Notre travail s’est appuyé sur les méthodes numériques de calcul de diffraction par des structures périodiques déjà développées dans le cadre de la géométrie classique. Ces méthodes sont basées sur la théorie différentielle, qui consiste à propager une série d’ondes planes au travers de la zone modulée. La méthode différentielle employée est complétée par l’usage de l’algorithme de propagation de la matrice réflectivité. On contourne ainsi certains problèmes de convergence. Dans la partie théorique de ce travail, ces algorithmes sont étendus pour s’adapter aux cas de géométrie oblique. Sur cette base théorique, nous avons pu développer un code de calcul, nommé COROX, fonctionnant dans toutes les géométries d’utilisation. Un certain nombre de réseau types ont été étudiés, tant en géométrie oblique que classique, pour mettre en évidence, non seulement les efficacités de diffraction mais encore les effets de polarisation, (paramètres de Stokes et matrice de Müller) ainsi que les phases spectrales. Des propriétés intéressantes ont été remarquées, comme l’existence d’une composante circulaire non négligeable diffractée par réseau lamellaire quand l’onde incidente polarisée à 45° par rapport au plan du réseau. Le comportement de la phase spectrale est également une donnée significative pour une future gestion d’impulsions ultra-brèves. Des mesures de diffraction ont été effectuées sur la ligne Métrologie du Synchrotron SOLEIL, sur un réseau blazé de 150 traits/mm. Un accord raisonnable entre efficacités mesurées et calculées est constaté si l’on tient compte de la forte rugosité du réseau étudié. / The conical geometry of optical grating diffraction has been suggested and studied, in the last 10 years, for cutting edge applications in the VUV and X-ray domains, due to its specific properties such as: absence of screen inside the grating grooves at grazing incidence, low angular dispersion which limits the temporal spread of short pulses, very high diffraction efficiencies. It has been accepted as the first choice technology for VUV short pulses monochromatization. It is also one of the two options selected by NASA, for the grating spectrograph of the future X-ray Observatory of the Lynx mission. This thesis reports our contribution to the development of numerical methods in order to model the effects of diffraction by optical gratings in this still little studied geometry. This study is made more complex by an inherent coupling between the two fundamental polarization modes. From the numerical aspect, it requires performing “vectorial” computations, whereas, in a classical diffraction geometry, scalar computations are sufficient. Our work is based on numerical methods already developed for modeling optical diffraction by periodic structures in the framework of classical geometry. These methods are using on the differential theory, whose main concept is propagating a set of plane waves throughout the modulated area. We use the differential method together with an algorithm of reflectivity matrix propagation. It overcomes some of the convergence issues. In the theoretical part of this work, reflectivity matrix algorithms are extended to the case of oblique geometry. On these theoretical grounds, we developed a computation code, named COROX, which can be applied in any geometry. A number of typical grating cases have been studied, both in the conical and of le classical one. The output is not only the diffraction efficiencies, but also the polarization properties (Stokes parameters, Müller matrix), as well as the spectral phases. Interesting properties have been noticed, such as the presence of a non-negligible circularly polarized component diffracted from a lamellar grating when the incident wave is linearly polarized at 45° from the grating plane. The spectral phase behavior is also a significant data for an eventual shape tayloring of ultrashort pulses. Diffraction efficiency measurements have been performed on the Metrology beamline of Synchrotron SOLEIL, using a 150 lines/mm blazed grating as a test object. A reasonable agreement between measured and computed efficiencies has been obtained, provided that the rather high roughness of this grating is taken into account.

L’électronisation de l’industrie a mené à l’augmentation de la pollution électromagnétique pouvant être néfaste pour les systèmes électroniques sensibles et les êtres vivants. L’un des moyens pour limiter la propagation des champs électromagnétiques est l’utilisation d’un blindage. L’étude s’est ainsi focalisée sur l’élaboration à froid d’un composite bimétallique pour le blindage magnétique. Le composite étudié allie les propriétés physiques de l’aluminium et de l’acier via le trilame Al8011/AcierDC01/Al8011. Le trilame est élaboré par colaminage à température ambiante. Il s’est avéré que la qualité de l’adhérence des interfaces Al/Acier et l’architecture du trilame dépendent fortement des paramètres du colaminage. Une préparation minutieuse des tôles et de leurs surfaces concomitantes se révèle être tout aussi importante que le colaminage en lui-même. De plus, au cours du colaminage, la tôle d’acier s’est montrée sensible à des instabilités plastiques qui amènent par la suite à sa striction et à sa fragmentation. Ces instabilités plastiques favorisent l’adhérence grâce à des soudages Al/Al mais n’en sont pas un prérequis. Au niveau de l’efficacité de blindage, le trilame s’est révélé être particulièrement intéressant puisque, grâce à sa composition et à sa structuration, il est capable d’atténuer aussi bien les champs magnétiques basses fréquences (< 1 kHz) que les champs magnétiques de plus hautes fréquences (> 1 kHz). Dans une étude à iso-masse, le trilame a présenté une meilleure efficacité de blindage que les tôles d’Al, de Cu et d’acier. Cependant, la fragmentation de l’acier dans le trilame s’est révélée être néfaste pour le blindage magnétique, nécessitant de faire alors un compromis entre tenue mécanique et efficacité de blindage. / The growth of electronic devices has led to an increase in electromagnetic pollution that can be harmful to sensitive electronic systems and living beings. One of the means of limiting the propagation of electromagnetic fields is the use of shielding. Then, the study focused on the elaboration of a bimetallic composite for magnetic shielding. The studied composite combines the physical properties of aluminum and steel via the Al8011/SteelDC01/Al8011 trilayer. The trilayer is produced by cold roll bonding (CRB). It has been found that the adherence quality of the Al/Steel interfaces and the architecture of the composite heavily depend on the CRB parameters. Careful preparation of the sheet and their concomitant surfaces is just as important as CRB itself. Furthermore, during CRB, the steel sheet was sensitive to plastic instabilities which subsequently led to its necking and fragmentation. These plastic instabilities promote adherence through Al/Al welds but are not a prerequisite. In terms of shielding effectiveness, the bimetallic composite has proved to be particularly interesting. Thanks to its composition and its structuring, it can attenuate both low (< 1 kHz) and high frequency (> 1 kHz) magnetic fields. In an iso-mass study, the composite showed a higher shielding effectiveness than Al, Cu and steel sheets. However, the steel fragmentation in the composite proved to be detrimental to magnetic shielding, then requiring a compromise between mechanical strength and shielding effectiveness.

Les matériaux composites sont largement utilisés dans l'industrie automobile comme pièces de structure. Alliant légèreté et bonnes propriétés mécaniques, ils ont remplacé les métaux classiquement adoptés dans la fabrication de moyens de transport. Toutefois, l'emploi des matériaux composites doit tenir compte de leur comportement électromagnétique. En effet, les composites à fibres conductrices, généralement moins conducteurs que les métaux, engendrent une interaction avec les ondes électromagnétiques, différente de celle introduite par les alliages métalliques. Il s'avère donc important de développer des outils de modélisation permettant de mieux appréhender le comportement électromagnétique de matériaux composites, et d'éclairer les changements qu'apportent ces matériaux sur la distribution des champs, provenant d'une multitude de sources externes, au voisinage des systèmes mécatroniques. Par ailleurs, l'étude du comportement électromagnétique de matériaux composites permet de tirer parti de leurs propriétés mécaniques attractives afin d'alléger les boîtiers de blindage en gardant un niveau d'atténuation conforme aux normes de l'industrie. Cependant, la modélisation numérique de structures composites de grande taille, telles que les boîtiers de blindage, bien que classiquement adoptée pour les structures métalliques, est rendue complexe par le fait que les composites présentent des hétérogénéités à l'échelle microscopique, et que leurs mécanismes de blindage diffèrent de ceux des conducteurs homogènes. Le calcul numérique s'avère envisageable une fois le composite remplacé par un matériau homogène ayant une réponse identique face à une sollicitation électromagnétique. Ainsi, au travers de ce travail de thèse, nous proposons une technique d'homogénéisation permettant d'estimer les propriétés électriques équivalentes que nous appliquons aux composites à fibres conductrices unidirectionnelles et tissées. Les résultats obtenus sont utilisés pour la simulation numérique d'un boîtier de blindage. / Composite materials are widely used in the automotive industry as structural components. By combining lightness and robust mechanical properties, they are increasigly replacing the conventionnally used metallic alloys, for the manufacturing of vehicle parts. However, the use of composite materials is not without consequences on the electromagnetic behavior of these parts. Since carbon fiber reinforced composites are generally worse conductors of electricity than metals, they interact differently with the electromagnetic waves which surround them. It is therefore important to develop modeling tools to better understand the electromagnetic behavior of composite materials. This is to explain the changes that these materials bring to the distribution of waves, generated by a multitude of external sources, in the vicinity of mechatronic systems. On the other hand, the study of the electromagnetic behavior of composite materials makes it possible to determine the possibility of taking advantage of their attractive mechanical properties in order to further reduce the weight of electromagnetic shielding enclosures while maintaining a level of attenuation in accordance with the standards of the industry. However, numerical modeling of large composite structures, such as shielding enclosures, although conventionally adopted for metal structures, is hindered by the fact that composites exhibit heterogeneities at the microscopic scale. The numerical calculation becomes possible once the composite is replaced by a homogeneous material that exhibits an identical response to an identical electromagnetic solicitation. In this work, we present a homogenization technique, based on finite element simulation and an optimisation method, that computes an estimate of the equivalent electrical properties of unidirectional and woven fiber reinforced composites. The results are then used to simulate the shielding effectiveness of an enclosure constructed by combining composite materials and metallic alloys.

L'électronique a connu une évolution incontestable ces dernières années. Les progrès réalisés, notamment dans l'électronique numérique et l'intégration des circuits, ont abouti à des systèmes plus performants, miniatures et à faible consommation énergétique. Les évolutions technologiques, alliant les avancées de l'informatique et des technologies numériques et leur intégration de plus en plus poussée au sein d'objets multiples, ont permis le développement d'un nouveau paradigme de systèmes qualifiés de systèmes cyber-physiques. Ces systèmes sont massivement déployés de nos jours grâce à l'expansion des applications liées à l'Internet Des Objets (IDO). Les systèmes cyber-physiques s'appuient, entre autre, sur le déploiement massif de capteurs communicants sans fil autonomes, ceux-ci présentent plusieurs avantages : * Flexibilité dans le choix de l'emplacement. Ils permettent l'accès à des zones dangereuses ou difficiles d'accès. * Affranchissement des câbles qui présentent un poids, un encombrement et un coût supplémentaire. * Elimination des problèmes relatifs aux câbles (usure, étanchéité...) * Facilité de déploiement de réseaux de capteurs Cependant, ces capteurs sans fils nécessitent une autonomie énergétique afin de fonctionner. Les techniques conventionnelles telles que les batteries ou les piles, n'assurent le fonctionnement des capteurs que pour une durée limitée et nécessitent un changement périodique. Ceci présente un obstacle dans le cas où les capteurs sans fils sont placés dans un endroit où l'accès est impossible. Il est donc nécessaire de trouver un autre moyen d'approvisionner l'énergie de façon permanente à ces réseaux de capteurs sans fil. L'intégration et la miniaturisation des systèmes électroniques ont permis la réalisation de systèmes à faible consommation, ce qui a fait apparaître d'autres techniques en termes d'apports énergétiques. Parmi ces possibilités se trouvent la récupération d'énergie électromagnétique et le transfert d'énergie sans fil (TESF). En effet, l'énergie électromagnétique est de nos jours, omniprésente sur notre planète, l'utiliser donc comme source d'énergie pour les systèmes électroniques semble être une idée plausible et réalisable. Cette thèse s'inscrit dans ce cadre, elle a pour objectif la conception et la fabrication de systèmes de récupération d'énergie électromagnétique pour l'alimentation de réseaux de capteurs sans fil. Le circuit de récupération d'énergie électromagnétique est appelé " Rectenna ", ce mot est l'association de deux entités qui sont " antenne " et " rectifier " qui désigne en anglais le " redresseur ". L'antenne permet de récupérer l'énergie électromagnétique ambiante et le redresseur la convertit en un signal continu (DC) qui servira par la suite à alimenter les capteurs sans fil. Dans ce manuscrit, plusieurs rectennas seront présentées, pour des fréquences allant des bandes GSM 868MHz, 915MHz, passant par l'UMTS à 2GHZ et WIFI à 2,45GHz, et allant jusqu'aux bandes Ku et Ka. / The electronic domain has known a significant expansion the last decades, all the advancements made has led to the development of miniature and efficient electronic devices used in many applications such as cyber physical systems. These systems use low-power wireless sensors for: detection, monitoring and so on. The use of wireless sensors has many advantages: * The flexibility of their location, they allow the access to hazardous areas. * The realization of lighter system, less expensive and less cumbersome. * The elimination of all the problems associated to the cables (erosion, impermeability...) * The deployment of sensor arrays. Therefore, these wireless sensors need to be supplied somehow with energy to be able to function properly. The classic ways of supplying energy such as batteries have some drawbacks, they are limited in energy and must be replaced periodically, and this is not conceivable for applications where the wireless sensor is placed in hazardous places or in places where the access is impossible. So, it is necessary to find another way to permanently provide energy to these wireless sensors. The integration and miniaturization of the electronic devices has led to low power consumption systems, which opens a way to another techniques in terms of providing energy. Amongst the possibilities, we can find the Wireless Power Transfer (WPT) and Energy Harvesting (EH). In fact, the electromagnetic energy is nowadays highly available in our planet thanks to all the applications that use wireless systems. We can take advantage of this massive available quantity of energy and use it to power-up the low power wireless sensors. This thesis is incorporated within the framework of WPT and EH. Its objective is the conception and realization of electromagnetic energy harvesters called "Rectenna" in order to supply energy to low power wireless sensors. The term "rectenna" is the combination of two words: Antenna and Rectifier. The Antenna is the module that captures the electromagnetic ambient energy and converts it to a RF signal, the rectifier is the RF circuit that converts this RF signal into a continuous (DC) signal that is used to supply the wireless sensors. In this manuscript, several rectennas will be presented, for different frequencies going from the GSM frequencies (868 MHz, 915 MHz) to the Ku/Ka bands.

Le but du projet est de synthétiser un film de polymères à double mémoire de formes avec une sensibilité à la lumière ainsi qu’à un champ magnétique. Afin de rendre le polymère sensible à ces stimuli, des nanoparticules d’oxyde de fer (II,III) furent enrobées d’une couche de polydopamine. Par après, du polycaprolactone et du poly(caprolactone-co-pentadecalactone) furent synthétisés par polymérisation enzymatique à ouverture de cycle. Les polymères furent méthacrylés en fin de chaînes, remplaçant le groupe alcool par une double liaison qui est par la suite utilisée pour une réticulation. Les films de polymères étaient obtenus en combinant les nanoparticules et les polymères via une réaction click de type « thiol-ène ». Des films avec une teneur de nanoparticules de 0 à 1 pour cent en poids furent ainsi synthétisés. L’alternance entre deux formes était possible grâce à deux phénomènes physiques : l’élongation induite par cristallisation et la contraction induite par la fusion. Ces phénomènes sont causés par la fusion et la cristallisation du polycaprolactone, tandis que le poly(caprolactone-co-pentadécalactone) restait maintenu dans un état solide cristallin sur la gamme de températures étudiée. Les films de polymères changeaient de forme en étant chauffés par exposition à la lumière. Les films avec nanoparticules se contractaient quand ils étaient exposés à la lumière et retournaient à leur forme originale quand la lumière était éteinte. Le chauffage par induction avec un champ magnétique alternatif fut aussi un succès. Les films avec nanoparticules se contractaient à l’intérieur d’une bobine de cuivre avec un champ magnétique présent lorsqu’un courant électrique circulait dans la bobine. Les films retournaient à leur forme d’origine lorsque le champ magnétique était coupé. Il fut observé que plus la teneur en nanoparticules au sein du film de polymères était élevée, le plus court le temps de réponse était avant qu’un mouvement de contraction ne soit observé. Aucun changement de volume ne fut observé en chauffant des échantillons de films de polymères de 20 à 60 °C, confirmant, dans les conditions actuelles d’évaluation, que la contraction induite par la fusion et que l’élongation induite par cristallisation se produisent sans causer un changement de volume du film. / The project goal is to synthesize a two-way shape memory polymer that is both magnetically and light responsive. To make the polymer responsive to these stimuli, iron oxide (II, III) nanoparticles with a polydopamine coating were first synthesized. Afterwards, polycaprolactone and poly(caprolactone-co-pentadecalactone) were synthesized by enzymatic ring-opening polymerization. The polymer was then methacrylated at the terminal positions, replacing the alcohol with a double bond which was then used for crosslinking. Polymer films were prepared by combining the nanoparticles and the polymer by a “thiol-ene” click reaction. Films containing from 0 to 1 weight percent of nanoparticles were synthesized. Switching between the two shapes was possible by two physical phenomena: crystallization induced elongation and melting induced contraction. These are caused by the fusion and crystallization of the polycaprolactone network, while the poly(caprolactone-co-pentadecalactone) is consistently maintained in its crystalline solid state in a specific temperature range. The polymer films changed shapes due to heating when exposed to light. Films with nanoparticles contracted when exposed to light and they returned to their original form when the light was turned off. Induction heating with an alternating magnetic field was also successful. The polymer film with magnetic nanoparticles contracted inside a copper coil when the magnetic field was generated by applying electric current to the coil. The film returned to its original shape when the magnetic field was turned off. It was found that the higher the content of nanoparticles in the polymer filler, the shorter the response time was before a contraction movement was observed. No change in the polymer volume during heating of a film sample from 20 to 60 °C was observed, confirming that melting induced contraction and crystallization induced elongation occurred without change in volume under conditions examined.

Afin de définir une conception optimale d’un système électromécanique, celui-ci doit intégrer des contraintes toujours plus drastiques et de nombreux phénomènes physiques issus de : l’électromagnétique, l’aérothermique, l’électronique, la mécanique et l’acoustique. L’originalité de cette thèse est de proposer une modélisation multi-physique pour la conception reposant sur des modèles à constantes localisées : solution intermédiaire entre la modélisation analytique et numérique. Ces différents modèles permettront l’étude et la conception sous contraintes d’une machine synchrone à aimants permanents dédiée pour la traction ferroviaire. Les résultats de simulations seront comparés à des résultats éléments finis mais aussi à des essais expérimentaux. Ce modèle multi-physique est entièrement paramétré afin d’être associé à des outils d’optimisation. On utilisera ici une optimisation par essaim de particules pour chercher des compromis entre différents objectifs sous forme de Front de Pareto. Dans ce papier, nous ciblerons les objectifs suivants : le couple d’origine électromagnétique et le bruit d’origine électromagnétique. Finalement une étude de sensibilité valide la robustesse de la conception retenue quand celle-ci est soumise aux contraintes de fabrication. L’objectif étant de poser les bases d’un outil d’aide à la décision pour le choix d’une machine électrique / In order to perform an optimal design of electromechanical system, the designer must take into account ever more stringent constraints and many physical phenomena from electric, magnetic, aeraulic, thermic, electronic, mechanic and acoustic. The originality of this thesis is to put forward a multi-physic design based on lumped models: halfway between analytical and numerical modeling. These models allow sizing a permanent magnet synchronous machine under constraints for rail traction. The results are validated with finite element simulations and experimental analysis. The multi-physic modeling is fully automated, parameterized, in order to combine the model with the optimization tool. We used here particle swarm optimization to search compromises between several objectives (Pareto Front). In this paper, we focus on electromagnetic torque and electromagnetic noise. Finally a sensitive study validates the robustness of selected design when it is subjected to manufacturing constraints. The aim of this work is to propose a decision tool to size electrical machines