Malgré les récentes avancées technologiques, les combustions thermiques des véhicules génèrent toujours trop de gaz polluants et les systèmes purement catalytiques ne parviennent pas à les traiter efficacement pour toutes les phases de fonctionnement des moteurs. Les oxydes d'azote font partie des gaz polluants les plus préoccupants, pour lesquels il est urgent de trouver une solution. Ce travail est dédié à la mise en oeuvre d'une de ces solutions par l'utilisation des plasmas non-thermiques. La maîtrise et la compréhension des décharges dans les gaz permettent de générer des plasmas non-thermiques, où seuls les électrons sont portés à haute température. Les traitements par plasmas non-thermiques ne provoquent pas d'échauffement significatif du gaz, mais produisent néanmoins des modifications moléculaires importantes. Sous l'influence de champs électriques intenses, et selon la composition initiale des gaz, les oxydes d'azote sont oxydés ou réduits. Afin de modifier favorablement la réactivité des gaz, différentes configurations géométriques de réacteurs ont été optimisées et réalisées. L'optimisation de chaque géométrie est basée sur des calculs en champ électrostatique, pour lesquels l'amplitude de la tension appliquée est inférieure à 20 kV. Certains réacteurs sont pourvus d'une barrière diélectrique, dont la disposition, les dimensions et la nature du matériau sont variables. Un banc expérimental spécifique a été réalisé pour évaluer les performances des réacteurs sur le traitement des oxydes d'azote. Différentes sources de tension ont été testées. L'analyse des décharges s'appuie sur la mesure des tensions et des courants. Les expériences ont montré que pour une géométrie fil-cylindre, associée à une source de tension AC moyenne fréquence appropriée, la réduction des oxydes d'azote dans du diazote est proche de 80 %.

Cette thèse s'intéresse au transformateur de puissance qui constitue l'élément central de toute alimentation à découpage. La recherche s'articule selon deux axes: l'analyse des champs et le calcul des pertes cuivre d'une part, et la modélisation par schéma équivalent (en vue de réaliser des simulations électriques du convertisseur) d'autre part. Selon le premier axe de recherche, l'idée est d'utiliser un logiciel de simulation de champs électromagnétiques par éléments finis pour analyser les champs en deux et en trois dimensions dans le transformateur. Outre une compréhension globale de la répartition des champs, on cherche à analyser finement les pertes cuivre générées dans les enroulements. Aux fréquences utilisées dans les alimentations actuelles (typiquement quelques centaines de kilohertz), la densité de courant se répartit en effet de manière non uniforme dans les conducteurs suite aux effets quasi statiques (effet pelliculaire et effet de proximité). Les pertes cuivre doivent donc être calculées avec des outils spécifiques qui en tiennent compte. Or les modèles analytiques classiquement utilisés dans ce but (formules de Dowell et apparentées) reposent sur une analyse unidimensionnelle du transformateur, suivant une hypothèse dont la portée est mal connue et mise en cause par plusieurs auteurs. Grâce aux simulations par éléments finis, la thèse dresse un inventaire inédit des effets quasi¬statiques 2D et 3D dans les enroulements. Les différents effets sont expliqués physiquement. La fiabilité des méthodes 1D est analysée et l'erreur commise par celles ci est quantifiée suivant le type d'enroulement et la fréquence. Trois méthodes alternatives de calcul des pertes en deux dimensions sont également analysées et critiquées. Pour un type précis d'enroulement (une couche de ruban entre une valeur nulle et une valeur maximale de la force magnétomotrice), une "formule semi empirique" est encore développée. Celle-¬ci rassemble en une seule expression un grand nombre de simulations couvrant toutes les situations géométriques envisageables pour le type d'enroulement considéré. On crée ainsi un outil sans équivalent actuellement, qui allie la rapidité des méthodes 1D à la précision des simulations 2D. La formule semi empirique offre de nombreux avantages pour les concepteurs, dont une forme analytique particulière et la possibilité de réaliser des études paramétriques. D'autre part, la thèse montre également que le "facteur de remplissage", notion présente dans la plupart des formules unidimensionnelles de calcul des pertes cuivre, résulte d'une erreur dans l'article de base de Dowell et se révèle donc sans fondement théorique. Ce facteur garde néanmoins une utilité pratique par le fait qu'il reproduit fortuitement certains effets 2D. Selon le second axe de recherche, la modélisation, divers schémas équivalents sont analysés. Compte tenu du fait que les transformateurs utilisés dans les alimentations à découpage comprennent généralement plusieurs sorties et voient des formes d'onde fortement chargées en harmoniques, deux types de schémas particuliers sont retenus: le schéma "Coupled Choke Secondaries" (schéma CCS) et les schémas du Laboratoire d'Electrotechnique de Grenoble (schémas LEG). Le schéma CCS est validé sur un transformateur réel et implémenté dans une application conviviale.

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La rencontre des aciers électriques et de l'électrotechnique est déjà une vieille histoire d'amour (plus de cent ans) avec de grands moments tels que le feuilletage des noyaux magnétiques et l'avènement des tôles à grains orientés pour l'aspect matériau, la découverte des mécanismes réglant l'aimantation des matériaux magnétiques et la formulation de modèles de comportement magnétique de plus en plus proche du matériau réel (tels les modèles développés par. Bertotti) pour l'aspect modélisation des matériaux. On pourrait alors croire que tout est fait et qu'une telle somme de recherches n'a pu que déboucher en pratique sur une optimisation "idéale" des dispositifs électrotechniques. En fait, il n'en est rien et beaucoup reste à faire pour intégrer de façon optimale et générale un acier électrique dans un dispositif électrotechnique ; les raisons de cette difficulté à optimiser un matériau dans une application donnée sont les suivantes : si la principale raison de très large utilisation des aciers électriques laminés est leur forte aimantation à saturation (2-2,15 T) alliée à un faible coût (quelques F/kg) et une grande facilité de production et d'utilisation, en revanche leurs fortes anisotropies magnétocristaïline et magnétostrictive sont des points faibles qui contrôlent dans le même rapport l'amplitude des phénomènes d'hystérésis, de non linéarité et d'anisotropie de la loi d'aimantation et dans certains cas les phénomènes de vibration. L'amplitude de ces caractéristiques intrinsèques aux aciers électriques à des conséquences déterminantes sur leur intégration dans les dispositifs : du fait de l'anisotropie, la seule façon d'améliorer sensiblement les performances magnétiques est de mieux contrôler la texture du matériau. Cela a été bien illustré par le développement des tôles G.O. pour transformateur : la texture de Goss qui y règne, est en effet avec la texture {100} <001> dite "cubique", la texture idéale pour optimiser un transformateur de puissance. En revanche, dans la plupart des autres cas d'application électrotechnique, le matériau idéal (c'est-à-dire souvent la texture) este à créer : quoiqu'en général ce matériau idéal soit bien cerné, c'est le procédé industriel de fabrication qui est toujours limitant. Les cas des aciers électriques pour machines tournantes et des tôles magnétiques pour utilisation en moyenne fréquence sont les 2 principaux axes de recherche de matériau approprié en électrotechnique, et je m'y suis donc attaché sous l'angle de la texture, principale voie d'amélioration potentielle. L'association des caractères affirmés de non linéarité, anisotropie et hystérésis a pour autre conséquence importante de rendre le matériau très complexe sur le plan de son comportement magnétique, et donc aussi sur le plan de la prédiction de celui-ci. En particulier, les hypothèses l'isotropie, de linéarité et d'univocité de la loi d'aimantation sont trop grossières pour pouvoir représenter correctement le comportement du matériau. Or la conception et l'optimisation des dispositifs électrotechniques procèdent de plus en plus par la modélisation électromagnétique ; celle-ci, pour accroître sa pertinence, s'appuie tout autant sur le développement d'outils, de méthodes et de moyens de calculs que sur l'intégration dans ses codes de modèles plus précis. La conception de modèles de comportement magnétique plus pertinents se situe à ce niveau et fait suite à un réel besoin e l'activité du L.E.G. en modélisation par éléments finis. Dans cette logique, je me suis donc attaché à réer et développer une activité de conception de modèles de comportement magnétique au sein du L.E.G.

Les rapides mutations dans le monde du travail en général, dans celui de l'industrie en particulier nécessi­tent des changements dans les systèmes de formation, notamment au sein de l'Éducation Nationale. Notre étude s'intéresse tout d'abord à l'évolution et à la caractérisation des curriculums prescrits se rapportant à l'enseigne­ment de l'électrotechnique en classe de Terminale. Il est alors possible de d'expliquer sur différents plans plans (matériel, cognitif, social, pédagogique, philosophique) les écarts entre éléments de pratiques sociales de référence et éléments utilisés dans l'enseignement.<br />La didactisation des matériels et des moyens d'enseignement, leur décontextualisation par rapport aux milieux de référence et leur recontextualisation dans l'enseignement opèrent suivant un processus que nous avons assimilé à une objectivation. Leur choix, leur simplification, leur réduction et leur réaména­gement par rapport à des référents industriels sont liés aux finalités propres, aux points de vue des disciplines à un niveau donné. La reconstruction de l'objet ainsi réalisée ne peut être comprise et évaluée qu'à travers la lecture des objectifs visés par la discipline en tenant compte des contextes et des exigences de l'enseigne­ment et des utilisations possibles en classe.<br />L'important est sûrement de trouver le bon équilibre entre les contraintes liées aux conditions d'enseignement, à la cohérence disciplinaire ; les éléments de pratique sociale ; la nécessité de compréhension vis à vis des élèves ; afin d'éviter soit une stricte reproduction réductrice de savoir-faire et d'outils, soit des contenus d'enseignement complètement déconnectés de leur référence ou non pertinents pour les appren­tissages.<br />L'observation et l'analyse de séquences de classe a permis de mettre en évidence différentes pratiques de la part des enseignants comme de la part des élèves amenant des écarts entre curriculums prescrits et curriculums réels mais aussi entre les activités en classe et les pratiques de référence. Nous avons proposé aux fins d'interprétation d'un de ces faits la modélisation du savoir-faire expérimental “construire une caractéristique”.<br />Les résultats auxquels nous avons abouti dans cette recherche ont nécessité des sources de données empi­riques diverses : des documents institutionnels (programmes, référentiels), des documents de ou pour la classe (copies d'élèves, fiches de travaux pratiques d'ensei­gnants, notices pédagogiques, revues professionnelles), des do­cuments techniques, des entretiens et des enquêtes auprès de différents acteurs dans l'enseignement, des observa­tions de classe.

As the world moves towards a cleaner and greener future, electrical machines for various industrial purposes and transport applications have gained a lot of attention. Permanent magnet synchronous machines (PMSMs) are usually the solution for electric vehicle (EV) applications thanks to their high efficiency, compactness and high-power density. On the downside, although the price of rare-earth materials has recovered close to historical levels, concerns still remain and the questions on the environmental sustainability of these materials have also been raised, which has encouraged the researchers to consider rare-earth-free machines.The switched reluctance machine (SRM) is one of the competitive alternatives, thanks to the simple and robust construction, high reliability and inherent fault tolerance capability. However, it has a bad reputation when it comes to torque ripple and acoustic noise. And the highly nonlinear characteristic brings much difficulty to routine design purposes and machine optimisation.Therefore, some of the above mentioned problems are addressed - a torque-ripple-reduction, reliable and low-cost system of SRMs is presented in this thesis. Firstly from the modelling point of view, a combined magnetic equivalent circuit (MEC) and finite element (FE) model of SRMs is developed for fast characterization the nonlinear behavior. Secondly from the control point of view, various torque-ripple reduction techniques are implemented and compared. Moreover, a minimal current sensing strategy with enhanced fault-detection capability is proposed and validated experimentally. It requires two current sensors, to replace the phase current sensors, with no additional devices for fault detection, to achieve a more compact and low-cost drive. Finally from the reliability point of view, an interturn short-circuit fault detection method and a rotor position estimation approach are investigated and validated experimentally, which leads to a more reliable system. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

In this thesis the integration of photovolatic (PV) generation and energy storage into the electrical grid is discussed. Although the studied system is for grid tied applications, here the integration of the PV generation and the energy storage system (ESS) on the DC-side of the system is addressed. The work contained in this thesis focuses on the integration of the DC-working parts before interfacing them with the grid through the use of an inverter and seeks an increasing in the energy that the system can deliver.First, a study of classical systems that present well-differentiated parts is presented: PV generation, a lithium-ion battery based ESS, the utility grid and a residential electricity consumer. PV installations of 3 and 10kWp are considered together with storage capacities ranging from 1 to 9kWh. This yields interesting insights on how the system works based on the timing of the generation and consumption of energy. The results are used to highlight the weaknesses of the selected converter arrangement for the interfacing of the PV source and the ESS. Results show that the system is rather stiff and lacks from conversion efficiency when it needs to work in a wide range of powers, mainly due to low consumer power demand during battery discharge. In this first part of the thesis, three solutions to workaround the efficiency problem are proposed: reducing the difference between the ESS and the DC-bus voltages, using isolated converters to interface the ESS, or adopting a new arrangement of the parts of the system. One of the first two proposed solutions should be adopted if the same system topology is to be kept. These two solutions address the efficiency problem when the ESS is involved in the energy conversion. The third solution is proposed as alternative to the classical systems that use a DC-bus to exchange power with the different parts of the system. The new proposed arrangement features a distributed maximum power point (DMPPT) type system that includes storage at module level. DMPPT systems are able to track the maximum power point (MPPT) of each panel separately by connecting a small power electronic converter (PEC) to each PV panel. They are specially useful when the PV installation receives uneven irradiance, i.e. shadows are present in some of the panels, increasing the annual yield of PV energy from 7 to 30% as reported in the literature. Unfortunately, this kind of systems cannot always handle high irradiance mismatches, and fail to track the maximum power point (MPP) throughout the whole installation in some cases. Including batteries at module level instead of connecting them to the DC-bus, allows for increasing the MPPT range of the system, virtually to any severity of irradiance mismatch (depending on the state of charge (SoC) of the battery pack), as well as adding storage capability to the system. The novel proposed system is able to workaround the problems of using non-isolated converters, achieving PV energy conversion efficiencies from 86% (for at least 10% of the peak power) to 90% and storage charge/discharge efficiencies ranging from 86% to 95%. Besides, it brings the opportunity to exploit the synergies of having storage at module level in systems that combine renewable energies and storage. Moreover, DMPPT systems achieve superior PV generation under partially shaded conditions when compared to classical PV arrays increasing the PV generation when compared to classical or centralized PV installations up to 45% in power as reported in the literature.In the second part of the thesis, the proposed novel DMPPT topology is presented. The whole system is fully designed from scratch, including PECs, sizing of the different parts of the modules, embedded control loops of the modules and supervisory control of the whole system. Finally, the results obtained from running the proposed system are shown and discussed, and suggestions given on how to operate and protect the system. Experimental results are obtained using a 1.5kWp PV power and 1.5kWh capacity test bench built for that purpose.The proposed system is able to generate PV energy, store the energy coming from PV generation and inject the generated and stored energy into the grid. The proposed system extends the MPPT capability of storage-less series-connected DMPPT systems. This is achieved by using the batteries not only to store energy when required, but also to compensate the power mismatch across DMPPT modules of the same string when the output voltage of the modules becomes a limit. It also presents a modular and upgradable approach to PV systems including storage. This modularity also brings fault tolerance, and an ability to continue working after failure of one or more of the DMPPT modules by partially or completely isolating the faulty module (depending on the nature of the fault). Moreover, the addition of the DC-DC converters allows for the use of different PV panels in the system, i.e. from different manufacturers or technologies.In conclusion, the presented system is very flexible, can be designed for a wide range of power levels and energy storage sizes, and presents improved reliability when compared to other series-connected DMPPT systems. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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L’objectif principal de cette thèse consiste à mettre en évidence la persistance du capitalisme familial en Suisse au cours du 20e siècle, et sa résistance aux capitalismes managérial et financier qui sont censés lui avoir succédé. Pour ce faire, nous avons retenu vingt-deux grandes entreprises du secteur des machines, de l’électrotechnique et de la métallurgie – principale branche de l’industrie suisse pour la période considérée –, pour lesquelles ont été recensés les membres des conseils d’administration et les principaux dirigeants exécutifs pour cinq dates-repère couvrant le siècle (1910, 1937, 1957, 1980 et 2000). Cette thèse s’inscrit dans une démarche pluridisciplinaire qui relève à la fois de l’histoire d’entreprise et de la sociologie des dirigeants, et fait appel à différentes méthodes telles que l’analyse de réseau et l’analyse prosopographique. Elle s’articule autour de trois axes de recherche principaux : le premier vise à mettre en évidence l’évolution des modes de gouvernance dans notre groupe d’entreprises, le second investit la question de la coordination patronale et le troisième a pour but de dresser un portrait collectif des élites à la tête de nos vingt-deux firmes. Nos résultats montrent que durant la majeure partie du siècle, la plupart de nos entreprises sont contrôlées par des familles et fonctionnent sur un mode de coordination hors marché qui repose notamment sur un réseau dense de liens interfirmes, le profil des dirigeants restant dans l’ensemble stable. Si la fin du siècle est marquée par plusieurs changements qui confirment l’avènement d’un capitalisme dit financier ou actionnarial et la mise en place de pratiques plus concurrentielles parmi les firmes et les élites industrielles, le maintien du contrôle familial dans plusieurs entreprises et la persistance de certains anciens mécanismes de coopération nous incitent cependant à nuancer ce constat. / The main objective of this research is to highlight the persistence of family capitalism in Switzerland during the 20th century and its resistance to managerial and financial capitalisms that succeeded. For this purpose, we focus on twenty-two big companies of the machine, electrotechnical and metallurgy sector – the main branch of the Swiss industry for the considered period – whose boards of directors and executive managers have been identified for five benchmarks across the century (1910, 1937, 1957, 1980 and 2000). This thesis relates to business history and elites sociology, and uses different methods such as network analysis and prosopography. It is articulated around three main parts. The aim of the first one is to identify the evolution of corporate governance in our twenty-two enterprises, the second part concentrates on interfirms coordination and the objective of the last one is to highlight the profile of the corporate elite leading our firms. Our results show that during the main part of the century, most of the companies were controlled by families and were characterized by non-market mechanisms of coordination such as interlocking directorates ; moreover, the profile of the corporate elite remained very stable. Although some major changes that took place by the end of the century confirmed a transition towards financial capitalism and more competitive interaction among firms and the corporate elite, the persistence of family control in several companies and the maintaining of some former mechanisms of coordination allow us to put this evolution into perspective.

Designing a new power electronic conversion system is a multi-step process that requires the R\&D team(s) to go through an extended prototyping phase whose goal is to validate the design in its nominal state, as well as to test its behavior when it is subjected to abnormal conditions. To properly and safely validate all devices that are external to the power stage itself, such as the controllers and the protection systems, one of the best-suited device is a real-time emulator of the converter circuit, a platform that obeys the same mathematical laws and produces the same signals as the original device withoutactually realizing the power conversion. Unfortunately, these models are often based on analog solvers which are difficult to build, must be redesigned for each modification and are subject to drift and aging. While multiple digital real-time emulators have appeared on the market in the last decades, they typically require powerful and expensive computing platforms to perform their calculations or are not generic enough to emulate the more complex power circuits. In this work, we present a new framework that allows the rapid prototyping of a wide range of power converters by translating a power converter schematic drawn on a computer to a real-time equivalent set of equations which is processed by an FPGA with an emulation time-step of less than one microsecond. Contrary to the previously published works, our tools enable the use of entry-level FPGAs even for the emulation circuits composed of twenty switches or more. This framework takes the form of a tool-chain that starts by extracting the necessary information and a standard description from the initial circuit. However, due to the intricate ways in which the switches and diodes can change their state, this raw information is too complex to be processed and emulated directly.Our first major contribution to the state of the art is a way to automatically analyze these changes in order to reduce the complexity of the problem as much as possible while keeping all the necessary information intact. In this thesis, we develop two tools that are able to find all possible changes in the state of the switches that may appear in the immediate future, thereby reducing the quantity of information required to emulate the circuit. Thanks to the global optimization provided by our tools, simulating a typical AC-to-DC converter composed of 12 switches could require 80\% less resources when compared to existing emulators.To enable the emulation or large power converters, we have created a partitioning method which divides the circuit in multiple sub-circuits which are analyzed and optimized separately. The performances of this partitioning are demonstrated by the emulation of a three-phase three-level converter with a relative error of a less that 5% on the signals.To handle our new framework, a dedicated digital platform has been developed. In order to provide the best results even on small FPGAs, particular attention is given to the low resources usage and the low latency of our design. Through multiple examples, we show that this inexpensive real-time emulation platform is able to accurately emulate many circuits in open- or closed-loop operation with a sampling rate higher than 1 MHz / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished