This dissertation describes the epidemiological investigation and management of the first outbreak of Contagious Equine Metritis (CEM) reported in South Africa. In addition, the subsequent implementation of a nationwide quantitative polymerase chain reaction (qPCR)- based stallion screening programme and traceback of exposed animals to define the spread of CEM in South Africa is described. The first South African outbreak of CEM caused by the bacterium, Taylorella equigenitalis was reported on the 9th May 2011 to the World Health Organisation for Animal Health (OIE). The outbreak was recognized subsequent to the importation of a young Warmblood stallion from Germany. The outbreak initially appeared confined to a single index property (focus property), an equine breeding facility in Midrand, Gauteng, South Africa with a single confirmed case of transmission involving the index stallion and a Thoroughbred mare. The initial response was rapidly instituted following the suspicion of T. equigenitalis on the index property. This included an inspection of the index property and its records. A riskclassification of in-contact animals allocated them to “high,” “moderate” or “low”-risk categories. The classification was dependent on the temporal relationship of their presence on the index property relative to the period of residence of the index cases. After T. equigenitalis infection was confirmed from both index cases, the breeding facility was placed under state– administered quarantine and all exposed mares and the index cases were transferred to a quarantine facility. The animals were re-tested by genital swabbing for bacterial culture following a standard protocol according to internationally-accepted practice (OIE Terrestrial Manual on Contagious Equine Metritis). Additional duplicate swabs were obtained for real time qPCR. None of the mares were shown to be positive on either bacterial culture or qPCR. All animals were however treated according to an accepted protocol for T. equigenitalis infection (Luddy and Kutzler, 2010, UK Horseracing Betting Levy Board (HBLB) Code of Practice, 2011). All stallions that had been present on the index property and undergone semen collection on the same day as the index stallion were classified as “moderate risk” and were similarlytested. This identified two additional T. equigenitalis-positive stallions, which were confirmed on bacterial culture (World Organization for Health (OIE) Manual of Diagnostic Tests and Vaccines for Terrestrial Animals (Chapter 2.5.1, Contagious Equine Metritis version adopted 20/10/2011) and which were subsequently quarantined and successfully treated. Following recognition of this outbreak, the Department of Agriculture, Forestry and Fisheries (DAFF) in consultation with the Equine Research Centre (ERC) of the Faculty of Veterinary Science at the University of Pretoria promulgated a nationwide qPCR-based screening programme that aimed to establish the prevalence and distribution of T. equigenitalis in South Africa. This required certification of all South African stallions used for breeding either by natural cover or assisted reproductive techniques. The compliance for certification was based on submission of two sets of genital swabs that both tested negative for T. equigenitalis on qPCR-testing. The process was coordinated by a web-based platform (http://wto the prescribed World Organisation for Health (OIE) method (Terrestrial Manual on Contagious Equine Metritis). All stallions apart from one could be linked to the index property. As of 31st October 2013, two additional T. equigenitalis-positive females have been identified, following a traceback of all identified potentially-exposed mares and their offspring that was instituted in September 2012. An “exposed mare” was defined as a mare that had been bred, either by natural breeding or assisted breeding techniques to the index stallion or any other T. equigenitalis-positive stallion. These mares were distributed across five provinces of South Africa at the time the traceback was initiated. During the nationwide traceback, a subpopulation focus was identified when 24 of the 33 resident stallions at the South African Lipizzaner Centre, Midrand, Gauteng tested positive for T. equigenitalis. Six of these stallions had visited the index property for semen collection over the course of several years prior to the arrival of the index stallion. This suggested the possible albeit undetected presence of T. equigenitalis on these premises prior to the arrival of the first reported index case. We strongly suspected that there may have been undetected CEM incursions into South Africa in the past. The index case in this outbreak may either have introduced a new infection or was infected by a pre-existing source of infection subsequent to his arrival. It is hoped that future strain-typing of the isolates from the positive cases identified during this intervention will further clarify this scenario. The use of qPCR-based screening proved to be a highly specific and sensitive method for detecting T. equigenitalis and helped to define the distribution and prevalence of T. equigenitalis in breeding stallions and exposed mares in South Africa. In addition, this method had significant practical advantages with respect to the associated costs, turn-around times and in-the-field application when compared with bacterial culture. The institution of a web-based platform from which the national screening programme was launched and coordinated proved to be indispensable in managing stakeholder access and information availability. To date, 31st October 2013, a total of 39 horses (36 males and 3 females) have been identified as T. equigenitalis-positive and have all subsequently been successfully treated. © Universityww.cemsa.co.za) As of 31st October 2013, an additional 33 carrier stallions have been identified by this screening programme. Of these stallions, 23 have been confirmed on bacteriology according to the prescribed World Organisation for Health (OIE) method (Terrestrial Manual on Contagious Equine Metritis). All stallions apart from one could be linked to the index property. As of 31st October 2013, two additional T. equigenitalis-positive females have been identified, following a traceback of all identified potentially-exposed mares and their offspring that was instituted in September 2012. An “exposed mare” was defined as a mare that had been bred, either by natural breeding or assisted breeding techniques to the index stallion or any other T. equigenitalis-positive stallion. These mares were distributed across five provinces of South Africa at the time the traceback was initiated. During the nationwide traceback, a subpopulation focus was identified when 24 of the 33 resident stallions at the South African Lipizzaner Centre, Midrand, Gauteng tested positive for T. equigenitalis. Six of these stallions had visited the index property for semen collection over the course of several years prior to the arrival of the index stallion. This suggested the possible albeit undetected presence of T. equigenitalis on these premises prior to the arrival of the first reported index case. We strongly suspected that there may have been undetected CEM incursions into South Africa in the past. The index case in this outbreak may either have introduced a new infection or was infected by a pre-existing source of infection subsequent to his arrival. It is hoped that future strain-typing of the isolates from the positive cases identified during this intervention will further clarify this scenario. The use of qPCR-based screening proved to be a highly specific and sensitive method for detecting T. equigenitalis and helped to define the distribution and prevalence of T. equigenitalis in breeding stallions and exposed mares in South Africa. In addition, this method had significant practical advantages with respect to the associated costs, turn-around times and in-the-field application when compared with bacterial culture. The institution of a web-based platform from which the national screening programme was launched and coordinated proved to be indispensable in managing stakeholder access and information availability. To date, 31st October 2013, a total of 39 horses (36 males and 3 females) have been identified as T. equigenitalis-positive and have all subsequently been successfully treated. / Dissertation (MMedVet)--University of Pretoria, 2013. / gm2014 / Production Animal Studies / unrestricted

Avec l'électrification des moyens de transports, en particulier dans les applications avions et l’automobile, la consommation électrique est en pleine croissance. Cela conduit à de nouveaux problèmes dans la phase de conception. Même si le développement en électronique de puissance permet d’avoir une meilleure gestion d’énergie, avoir un meilleur rendement et avoir une réduction de prix, cela génère des niveaux d’interférences électromagnétiques élevées. L’intégration de l’étude de la CEM dès la phase de conception pourra aider à prédire le profil des émissions conduites avant de passer au prototypage et donc éviter de perdre du temps et du coût de conception.Dans ce contexte, nous avons mis en évidence le besoin de la modélisation de nos composants d’un point de vue CEM. Ces modèles doivent être valable dans une plage de fréquence définit par la norme CISPR 25 dédiée au secteur automobile. L’approche de la modélisation doit être applicable sur tous les types de composants utilisés dans ce domaine tout en étant indépendants des fournisseurs qui ne donnent pas toutes les caractéristiques des composants qu’ils vendent ni des logiciels commercialisés qui aident à fournir des modèles de nos composants. Les travaux effectués pourraient se diviser en plusieurs étapes : la modélisation des composants passifs, la modélisation des composants actifs, la modélisation du PCB et l’optimisation du routage. / With the electrification of the transportation means, especially in avionics and automotive applications, power consumption is growing. This leads to new problems in the design phase. Even though the development in power electronics allows for better energy management, better performance and lower prices, it generates high levels of electromagnetic interference. Integrating the EMC study early in the design phase can help predict the profile of emissions conducted prior to prototyping and thus avoid wasting time and cost of design. In this context, we have highlighted the need for modeling our components from an EMC point of view. These models must be valid in a frequency range defined by the CISPR 25 standard dedicated to the automotive sector. The modeling approach should be applicable to all types of components used in this area while being independent of suppliers that do not provide all the features of the components they sell, or commercial software that helps provide models of our components. The work could be divided into several stages: passive component modeling, active component modeling, PCB modeling and routing optimization.

Dans l’industrie aéronautique, tant au niveau des constructeurs que des équipementiers, les actionneurs électriques sont de plus en plus utilisés. De ce fait, l’apparition de convertisseurs de puissance à découpage basés sur les nouveaux composants à grand gap en carbure de silicium (MOSFET, JFET état on ou off) engendre de plus en plus des perturbations électriques conduites (BF et HF) et rayonnées (HF) au sein des systèmes, ils sont de plus sources de pertes. L’objectif de cette thèse est donc de mettre en place une approche de modélisation des différents éléments d’un convertisseur DC-DC qui puisse servir à mettre en œuvre un processus d’optimisation afin que soit pris en compte dès la phase de conception les contraintes liées à la CEM et à la thermique. Dans un premier temps, une étude de la physique des semi-conducteurs et en particulier celle du carbure de silicium (SiC) a été réalisée afin de développer une approche de modélisation des MOSFET et diode de puissance SiC adaptée à ces composants. Les modèles ainsi développés sont des modèles fins qui prennent en compte les effets liés à la thermique. Ces modèles ont donc dans un premier temps servi à la réalisation de simulations afin d’évaluer tant sur le plan thermique qu’électromagnétique, la validité de l’approche de modélisation. Par la suite afin de prendre en compte les contraintes CEM et thermique dès la phase de conception, une approche de dimensionnement par optimisation a été mise en œuvre. A cause de sa rapidité d’exécution, le choix a été porté sur un algorithme d’optimisation déterministe. Ce choix a donc imposé le développement préalable de modèles de dimensionnent et d’optimisation analytiques. L’ensemble de ces modèles a été utilisé dans l’environnement logiciel d’optimisation CADES et des résultats concernant les masses optimales de convertisseur pour différentes fréquences de commutation ont été obtenus. L’analyse des résultats d’optimisation a permis dans la dernière partie de se rendre compte que si l’évolution de la masse du dissipateur en fonction de la fréquence de commutation est semblable à ce que l’on peut prédire (l’augmentation de la fréquence de commutation entraîne l’augmentation des pertes et donc l’augmentation de la masse du dissipateur), celle des passifs et du filtre CEM ne peut être facilement anticipée. Il existe une compétition entre la masse du filtre et celle des passifs, car en effet une fréquence de commutation élevée suppose en première approximation des éléments passifs de lissage moins importants, mais des problèmes CEM beaucoup plus importants. Pour compléter les études menées l’approche préalablement mise en œuvre pour des composants SiC a été transposée à des composants silicium pour des besoins de comparaison. / In the aeronautics industry, both manufacturers and OEMs, electric actuators are increasingly used. As a result, the appearance of switching power converters based on new large-gap silicon carbide components (MOSFET, JFET state on or off) increasingly generates electrical (LF and HF) and radiated perturbations (HF) within the systems, they are also sources of losses.The objective of this thesis is therefore to set up a modeling approach for the various elements of a DC-DC converter that can be used to implement an optimization process so that the design phase is taken into account constraints related to EMC and thermal.First, a study of the physics of semiconductors and in particular that of silicon carbide (SiC) was carried out in order to develop a modeling approach of the MOSFET and SiC power diode adapted to these components. The models thus developed are fine models that take into account the effects related to thermal. These models were therefore used initially to perform simulations in order to evaluate both thermally and electromagnetically the validity of the modeling approach.Subsequently, in order to take into account the EMC and thermal constraints from the design phase, an optimization dimensioning approach was implemented. Because of their speed of execution, the choice was made on a deterministic optimization algorithm. This choice therefore imposed the prior development of models of analytical dimensioning and optimization. All of these models have been used in the CADES optimization software environment and results regarding optimal converter masses for different switching frequencies have been obtained.Analysis of the optimization results in the last part of the study revealed that if the evolution of the dissipator mass as a function of the switching frequency is similar to what can be predicted the switching frequency causes the losses to increase and therefore the dissipator mass increases), that of the passive and the EMC filter can not be easily anticipated. There is a competition between the mass of the filter and that of the passive, since a high switching frequency presupposes, as a first approximation, the passive elements of lesser smoothing, but EMC problems are much greater.To complete the studies carried out, the previously implemented approach for SiC components has been transposed to silicon components for comparison purposes.

Cette thèse est focalisée sur la conception et la réalisation d'un filtre CEM hybride intégré pour une application aéronautique. Les travaux effectués durant cette thèse sont réalisés dans le cadre d’un projet FRAE (Fondation de Recherche pour l’Aéronautique et l’Espace) intitulé FEMINA (Filtrage Electromagnétiques et Matériaux pour l’INtégration en Aéronautique). Afin de protéger le réseau de bord des perturbations électromagnétiques conduites et rayonnées et répondre aux normes concernant la compatibilité électromagnétique (CEM) et plus particulièrement la norme aéronautique "DO160F [150KHz, 30MHz]», un filtre CEM est absolument nécessaire pour les cartes d’alimentations des dispositifs électroniques d’un avion. Les niveaux des perturbations générées par ce type d’équipement exigent une conception soignée pour assurer le filtrage des courants parasites qui se propagent en mode commun (MC) et en mode différentiel (MD). C’est pourquoi, la première partie du travail réalisé est consacrée à la modélisation électromagnétique de la carte d’alimentation utilisée comme support à cette étude. Cette modélisation est basée sur une représentation de type «boîte noire». Le modèle identifié est composé de sources de perturbations et d’impédances de MC et de MD équivalentes. Cette première étape permet de définir la structure électrique du filtre et les valeurs des composants à mettre en œuvre. Pour atteindre les performances requises, nous proposons dans ce travail un filtre CEM hybride optimisé, hybride signifiant qu’il est réalisé par association d’une partie purement passive et d’un filtre actif. Cette association permet de tirer le meilleur parti de chaque technologie de filtrage. Le filtre actif permet de traiter les perturbations à basses fréquences et la partie passive est dimensionnée pour les perturbations à hautes fréquences. Une intégration complète dans le circuit imprimé (PCB) des parties passives, capacitives et inductives, est proposée dans la deuxième partie de ce travail. Après avoir choisi les matériaux magnétique et diélectrique qui répondent au mieux au cahier de charge défini dans la première partie, plusieurs tests d’intégration dans le PCB ont été effectués. En prenant en compte la fragilité des matériaux magnétiques (ferrites), une géométrie plane qui répond aux spécifications a été proposée. Les principaux avantages de l'intégration proposée sont la réduction des effets inductifs et capacitifs parasites conduisant, de fait, à une augmentation des atténuations à hautes fréquences et l’augmentation de la compacité du filtre CEM. Nous démontrons que le filtre passif intégré réalisé réduit les interférences en MC et en MD dans la gamme de fréquences qui s'étend de 2,5MHz à 30MHz. Afin de compenser les tensions perturbatrices de mode différentiel jusqu’à 2,5MHz, une nouvelle topologie de filtre actif est proposée. Dans cette structure, l’injection des tensions de compensation des perturbations est effectuée à l’aide d’un enroulement auxiliaire ajouté aux enroulements couplés du filtre passif intégré. Les composants du filtre actif sont montés sur la face supérieure du PCB (composants CMS) dans lequel le filtre passif est intégré. L'assemblage du filtre hybride intégré (4 x 5 x 0,4 cm3) réduit les perturbations en MC et en MD dans la gamme de fréquence [150 kHz, 30 MHz]. Grâce à l'intégration et à l'optimisation de la topologie du filtre actif, le volume du filtre hybride est 75% plus faible que celui de l’ancien filtre CEM utilisé à l’entrée du convertisseur (4 x 5 x 1,6 cm3) tout en conservant un rendement élevé. / This thesis is focused on the design and implementation of a hybrid integrated EMC filter for aerospace application. The work performed in this thesis is carried out in the framework of FRAE project (Research Foundation for Aviation and Space) titled FEMINA (Electromagnetic Filtering and Materials for the INtegration in Aerospace). To protect the network board from both conducted and radiated electromagnetic interferences and to meet the standards for electromagnetic compatibility (EMC) and especially the aviation standard "DO160F [150 KHz, 30 MHz]," an EMC filter is absolutely necessary to the aircraft's electronic power supply board. The disturbance levels generated by this type of equipment require careful design to ensure the filtering of parasitic currents that propagate in common mode (CM) and differential mode (DM). Therefore, the first part of the work is devoted to the electromagnetic modeling of the power supply board used as support for this study. This modeling is based on a "black box" representation. The identified model is composed of equivalent disturbance sources and impedances in CM and DM. This first step leads to define the electrical structure of the filter and the component values. To achieve the required performances, an optimized hybrid EMC filter is proposed in this work- hybrid means an association of a purely passive part and active filter. This association will make the most advantage of each filtering technology. The active filter can handle disturbances at low frequencies and the passive part is designed to the high frequencies. Full integration within the printed circuit board (PCB) of passive parts, capacitive and inductive, is proposed in the second part of this work. After choosing the magnetic and dielectric materials that best meet the defined specifications in the first part, several integration tests on the PCB have been made. Considering the fragility of magnetic materials (ferrites), a planar geometry that meets the specifications has been proposed. The main advantages of the proposed integration are the reduction of inductive and capacitive parasitic effects lead to an increase the attenuation at high frequencies and to increase the compactness of the EMC filter. We demonstrate that the realizing of integrated passive filter reduces the CM and DM interference in the frequency range extending from 2.5 MHz to 30MHz. To compensate the differential mode interference voltages up to 2.5 MHz, a new topology of an active filter is proposed. In this structure, the injection of disturbances compensation voltage is performed using an auxiliary winding added to the coupled windings of integrated passive filter. The active filter components are mounted on the upper side of PCB (SMD components) in which the passive filter is integrated. The assembly of the integrated hybrid filter (4 x 5 x 0.4 cm3) reduces the CM and DM disturbances in the frequency range [150 kHz, 30 MHz]. Thanks to the integration and optimization of the active filter topology, the hybrid filter volume is 75% lower than that of the former EMC filter used at the input of the converter (4 x 5 x 1.6 cm3) while maintaining a high efficiency.

Cette thèse étudie les approches de classification automatique basées sur les modèles de mélange gaussiens et les critères de choix de modèles pour la classification automatique de données discrétisées. Quatorze algorithmes binned-EM et quatorze algorithmes bin-EM-CEM sont développés pour quatorze modèles de mélange gaussiens parcimonieux. Ces nouveaux algorithmes combinent les avantages des données discrétisées en termes de réduction du temps d’exécution et les avantages des modèles de mélange gaussiens parcimonieux en termes de simplification de l'estimation des paramètres. Les complexités des algorithmes binned-EM et bin-EM-CEM sont calculées et comparées aux complexités des algorithmes EM et CEM respectivement. Afin de choisir le bon modèle qui s'adapte bien aux données et qui satisfait les exigences de précision en classification avec un temps de calcul raisonnable, les critères AIC, BIC, ICL, NEC et AWE sont étendus à la classification automatique de données discrétisées lorsque l'on utilise les algorithmes binned-EM et bin-EM-CEM proposés. Les avantages des différentes méthodes proposées sont illustrés par des études expérimentales. / This thesis studies the Gaussian mixture model-based clustering approaches and the criteria of model selection for binned data clustering. Fourteen binned-EM algorithms and fourteen bin-EM-CEM algorithms are developed for fourteen parsimonious Gaussian mixture models. These new algorithms combine the advantages in computation time reduction of binning data and the advantages in parameters estimation simplification of parsimonious Gaussian mixture models. The complexities of the binned-EM and the bin-EM-CEM algorithms are calculated and compared to the complexities of the EM and the CEM algorithms respectively. In order to select the right model which fits well the data and satisfies the clustering precision requirements with a reasonable computation time, AIC, BIC, ICL, NEC, and AWE criteria, are extended to binned data clustering when the proposed binned-EM and bin-EM-CEM algorithms are used. The advantages of the different proposed methods are illustrated through experimental studies.

Cette thèse est focalisée sur la conception et la réalisation d'un filtre CEM hybride intégré pour une application aéronautique. Les travaux effectués durant cette thèse sont réalisés dans le cadre d'un projet FRAE (Fondation de Recherche pour l'Aéronautique et l'Espace) intitulé FEMINA (Filtrage Electromagnétiques et Matériaux pour l'INtégration en Aéronautique). Afin de protéger le réseau de bord des perturbations électromagnétiques conduites et rayonnées et répondre aux normes concernant la compatibilité électromagnétique (CEM) et plus particulièrement la norme aéronautique "DO160F [150KHz, 30MHz]", un filtre CEM est absolument nécessaire pour les cartes d'alimentations des dispositifs électroniques d'un avion. Les niveaux des perturbations générées par ce type d'équipement exigent une conception soignée pour assurer le filtrage des courants parasites qui se propagent en mode commun (MC) et en mode différentiel (MD). C'est pourquoi, la première partie du travail réalisé est consacrée à la modélisation électromagnétique de la carte d'alimentation utilisée comme support à cette étude. Cette modélisation est basée sur une représentation de type "boîte noire". Le modèle identifié est composé de sources de perturbations et d'impédances de MC et de MD équivalentes. Cette première étape permet de définir la structure électrique du filtre et les valeurs des composants à mettre en œuvre. Pour atteindre les performances requises, nous proposons dans ce travail un filtre CEM hybride optimisé, hybride signifiant qu'il est réalisé par association d'une partie purement passive et d'un filtre actif. Cette association permet de tirer le meilleur parti de chaque technologie de filtrage. Le filtre actif permet de traiter les perturbations à basses fréquences et la partie passive est dimensionnée pour les perturbations à hautes fréquences. Une intégration complète dans le circuit imprimé (PCB) des parties passives, capacitives et inductives, est proposée dans la deuxième partie de ce travail. Après avoir choisi les matériaux magnétique et diélectrique qui répondent au mieux au cahier de charge défini dans la première partie, plusieurs tests d'intégration dans le PCB ont été effectués. En prenant en compte la fragilité des matériaux magnétiques (ferrites), une géométrie plane qui répond aux spécifications a été proposée. Les principaux avantages de l'intégration proposée sont la réduction des effets inductifs et capacitifs parasites conduisant, de fait, à une augmentation des atténuations à hautes fréquences et l'augmentation de la compacité du filtre CEM. Nous démontrons que le filtre passif intégré réalisé réduit les interférences en MC et en MD dans la gamme de fréquences qui s'étend de 2,5MHz à 30MHz. Afin de compenser les tensions perturbatrices de mode différentiel jusqu'à 2,5MHz, une nouvelle topologie de filtre actif est proposée. Dans cette structure, l'injection des tensions de compensation des perturbations est effectuée à l'aide d'un enroulement auxiliaire ajouté aux enroulements couplés du filtre passif intégré. Les composants du filtre actif sont montés sur la face supérieure du PCB (composants CMS) dans lequel le filtre passif est intégré. L'assemblage du filtre hybride intégré (4 x 5 x 0,4 cm3) réduit les perturbations en MC et en MD dans la gamme de fréquence [150 kHz, 30 MHz]. Grâce à l'intégration et à l'optimisation de la topologie du filtre actif, le volume du filtre hybride est 75% plus faible que celui de l'ancien filtre CEM utilisé à l'entrée du convertisseur (4 x 5 x 1,6 cm3) tout en conservant un rendement élevé.

Cette étude a pour but de documenter la relation qui existe entre les propriétés de transfert d’un matériau (répartition en taille de pores, porosité totale accessible à l’eau, saturation en eau), et son coefficient de diffusion. Pour cela, des matériaux ayant une porosité quasi-monomodale sont utilisés : verres Vycor® et géopolymères ; ainsi que des matériaux ayant une porosité complexe : pâtes de ciment CEM V. L’utilisation des verres Vycor® et des géopolymère permet de quantifier la diffusion gazeuse, en fonction de la saturation en eau, de matériaux ayant des pores de même dimension, ou du moins, de même ordre de grandeur. L’utilisation des pâtes de ciment permet quant à elle, de vérifier s’il est possible de décomposer le coefficient de diffusion d’un matériau dont la porosité est complexe, en un assemblage de coefficients de diffusion de matériaux dont la porosité est quasi-monomodale. Pour cela, on s’attachera à particulièrement à étudier l’impact de l’agencement du réseau poreux sur le coefficient de diffusion.Les travaux se décomposent en trois parties :• Etude des caractéristiques géométriques du réseau poreux des matériaux étudiés. Il sera utilisé la porosimétrie par intrusion de mercure, la porosimétrie à eau, des essais de sorption / désorption d’azote, et des essais de désorption d’eau.• Mesure expérimentale du coefficient de diffusion des matériaux, en fonction de leur humidité relative de stockage et de leur saturation en eau.• Modélisation du coefficient de diffusion des matériaux utilisés, et étude de l’impact de l’agencement de leur réseau poreux (tortuosité, connexion des pores entre eux) / This work documents the relationship that exists between the transfer properties of a material (pore size distribution, total porosity accessible to water, water saturation degree), and its diffusion coefficient. For this sake, materials having a quasi mono modal porosity are used: Vycor® glasses and geopolymers. We also use materials having a complex porosity: CEM V cement pastes. The use of Vycor® glasses and geopolymers allows quantifying the gas diffusion coefficient through materials having known pores size, as a function of their water saturation degree. The use of cement pastes allows checking if it is possible to decompose the diffusion coefficient of a complex porosity material, in an assembling of diffusion coefficients of quasi mono modal porosity materials. For this sake, the impact of pore network arrangement on the diffusion coefficient is studied in great details. This study is divided into three parts:• Measurement of the geometric characteristics of materials porous network by means of the mercury intrusion porosimetry, water porosimetry, isotherms of nitrogen sorption / desorption, and water desorption tests.• Measurement of the materials diffusion coefficient, as a function of their relative humidity storage, and their water saturation degree.• Modeling the diffusion coefficient of the materials, and study the impact of the pore network (tortuosity, pores connection)

No description available.

Le travail réalisé dans ce mémoire s’inscrit dans le cadre très large des études en compatibilité électromagnétique (CEM) de l’association convertisseur statique actionneur électrique. Il aborde la problématique de la CEM des machines électriques au travers de la modélisation prédictive des impédances de mode commun des moteurs électriques triphasés sur une large bande de fréquence, ainsi que certains aspects liés à l’apparition de tensions de roulements. Ce travail débute avec une identification par la méthode des éléments finis (EF) des paramètres qui régissent les chemins de propagation des courants de mode commun dans les parties métalliques des machines électriques : les tôles, la culasse, les flasques et l’arbre. Par la suite, un modèle circuit est élaboré pour la prédiction et la quantification de l’impédance de ces chemins. Cette première analyse a mis en évidence la prédominance des couplages capacitifs entre les enroulements statoriques et le stator. À cet effet, on propose dans une seconde partie un programme Matlab basé sur des formulations analytiques de capacitances qui permet de calculer automatiquement les différents couplages capacitifs ainsi que l’énergie électrostatique présente dans les encoches des machines à faible et moyenne puissance. Les prédictions analytiques obtenues présentent une bonne concordance avec les modèles numériques obtenus par EF et la mesure. Les conséquences de l’existence des capacités parasites de la machine sont illustrées au travers d’une étude sur l’apparition de la tension de palier dans un moteur synchrone à rotor bobiné de véhicule électrique. Le modèle simplifié, déduit de l’analyse électrostatique, permet de quantifier de façon satisfaisante les tensions observées qui induisent notamment la dégradation des chemins de roulement des paliers à billes. Dans les derniers chapitres, nous proposons une méthodologie de modélisation prédictive de l’impédance de mode commun des enroulements statoriques en prenant en considération l’ensemble des phénomènes inductifs et capacitifs. Un modèle électrique à paramètres discrets RLC, implantable dans un logiciel « circuit » de type Spice est généré - les paramètres géométriques et les propriétés des matériaux sont renseignés dans le modèle. Il permet de prédéterminer sans a priori l’impédance de mode commun d’une section d’enroulement expérimentale placée au stator d’une machine asynchrone sur une bande de fréquence de [10kHz -100 MHz]. Les résultats obtenus sont en concordance satisfaisante avec les résultats de mesure - d’autre part la méthodologie de modélisation développée, associée à des routines d’optimisation, permet d’envisager de contrôler les impédances de mode commun d’une machine électrique dès la phase de conception. / The research presented in this report addresses the problem of electromagnetic compatibility (EMC) in AC motors, which are supplied by PWM inverters, through the predictive modeling of the common mode impedance as well as aspect related to bearing voltage. We begin with identification of the parameters that govern the propagation path of common mode currents in the metallic parts of induction machines using finite element (FE) method. From analysis of the results, a circuit model was proposed to predict these propagation paths. The next chapter deals with the relationship between the existing parasitic capacitances and the development of the bearing voltage, which is responsible for premature failure of bearings. The study is realized on a wound-rotor synchronous motor with of an electric car. These approaches bring out the predominance of the capacitive coupling between the winding and the stator. For this reason, in the third chapter we developed a program based on analytical formulations, to automatically calculate the capacitive coupling as well as electrostatic energy within the slots of low and middle power machines. We find that the obtained results are in good agreement with FE calculation and the measurement. Finally, we propose a methodology for predictive modeling of common mode impedance of the stator windings taking into consideration all the inductive and capacitive phenomena. An electric model with lumped parameters RLC is then generated, which is implantable in SPICE type software. The prediction results are in good agreement with the measurement results on frequency band [10kHz - 100 MHz].

Les convertisseurs de puissance sont largement utilisés de nos jours dans des applications qui demandent une grande autonomie énergétique, comme par exemple ceux qui sont alimentés par des batteries. En particulier, les amplificateurs de type Class-D sont fréquemment utilisés dans les applications audio. Ces amplificateurs commutés ont une architecture ressemblante à celle d'un convertisseur DC-DC, ce qui les permet d'avoir une efficacité énergétique élevée. Cependant, leur inconvénient majeur est la forte émission en perturbations électromagnétiques (EM). Cela peut causer des problèmes de conformité avec les normes de compatibilité électromagnétique (CEM), ou bien perturbé le bon fonctionnement des applications électroniques qui l'entour. Pour cela, ils existent de nombreuses études qui permettent de réduire les émissions d'un amplificateur de Class D. Cependant, cela n'est pas suffisant pour retirer le filtre de CEM. Il est donc nécessaire d'optimiser ces filtres et de faciliter leurs conceptions. Ceci est le but de la présente thèse et il est divisé en quatre grandes parties. La première partie commence par développer une technique de modélisation dans le domaine fréquentiel. Cette technique qui est basée sur la détermination et la manipulation des matrices d'impédances a comme but de simuler et prédire les perturbations EM générées par un amplificateur de Class D. Tous les aspects théoriques de la méthode ont été développés. Ensuite, une application pratique sur un système de Class D dédié à la téléphonie mobile nous a permis de valider la méthode jusqu'à une fréquence de 100 MHz. Un amplificateur de Class D est une source de perturbation aussi bien sur les rails d'alimentation que sur les rails de sortie. Pour cela, le filtre de CEM est nécessaire sur les rails de l'alimentation comme il y est en sortie. Néanmoins, un filtre correctement construit doit être conçu en prenant en compte l'impédance de la charge qui est la batterie dans ce cas. Pour cela, la deuxième partie a pour objectif la mesure de l'impédance de la batterie sur la gamme de fréquence considérée. Ainsi, une technique de mesure d'impédance de batterie en utilisant un impédance mètre est développée. Ensuite, une application expérimentale sur un convertisseur DC-DC et une batterie nous a permis de valider la procédure de mesure. La troisième partie s'est focalisée sur l'optimisation du filtre de CEM. Le modèle fréquentiel développé dans la première partie est intégré dans une boucle d'optimisation basée sur un algorithme génétique. L'optimisation inclus plusieurs critères dans sa fonction objective qui sont l'augmentation de la capacité du filtre à réduire les émissions EM, la diminution des pertes supplémentaires due à l'utilisation du filtre et finalement le gain du filtre dans la bande de fréquence du signal audio. Cette étude est poursuivie par une validation expérimentale. La quatrième et la dernière partie étudie et quantifie les impacts du filtre de CEM sur la qualité audio de l'amplificateur. En effet, le filtre de CEM est l'un des chemins propagation du signal audio. Par suite, tout comportement non linéaire du filtre conduit à la distorsion du signal audio. Pour cela, cette partie est dédiée à la modélisation et la simulation des composants passifs contenant un matériau magnétique. En particulier, l'étude s'est focalisée sur la modélisation des perles de ferrite en utilisant le modèle de matériaux magnétiques Jiles-Aterthon. Les résultats de simulations sont comparés avec la mesure dans le domaine temporel et fréquentiel. En plus, le calcul du taux de distorsion harmonique nous a permis de valider le modèle sur une large plage d'amplitude. / Switching power management circuits are widely used in battery powered embedded applications in order to increase their autonomy. In particular, for audio applications, Class-D amplifiers are a widespread industrial solution. These, have a similar architecture of a buck converter but having the audio signal as reference. The switching nature of these devices allows us to increase significantly the power efficiency compared to linear audio amplifiers without reducing the audio quality. However, because of the switching behavior, Class-D amplifiers have high levels of electromagnetic (EM) emissions which can disturb the surrounding electronics or might not comply with electromagnetic compatibility (EMC) standards. To overcome this problem much architecture appeared in the state of the art that reduces the emissions, however, this has never been enough to remove electromagnetic interference (EMI) filters. It is then useful to optimize these filters, thus, it has been set as the goal of this PhD thesis. The latter has been divided to four main axes which can be resumed by the following. First, this work started by developing a frequency domain modeling method in order to simulate and predict the EMI of Class-D amplifiers in the final application. The method is based on system to block decomposition and impedance matrix modeling and manipulation. After providing all the theoretical background, the method has been validated on integrated differential Class-D amplifier. The experimental measurements have permitted to validate the method only up to 100MHz. However, this is sufficient to cover the conducted EMC frequency band. Second, the EMI at the supply rails of Class-D amplifiers has been treated. As the battery is often the same power supply for all applications in an embedded system, an EMI filter or a decoupling capacitor is needed to prevent the noise coupling by common impedance. Designing this filter needs the knowledge of the battery impedance at the desired frequencies. Therefore the present work dealt also with measuring the high frequency impedance of a battery. Afterwards, an experimental validation has been carried on with a DC-DC converter and a Class-D amplifier. The developed model allows a virtual test of the switching device in the final application. However, it is more useful if the model is able to help the system integrator in designing filters. Thus, third, the model has been implemented in an optimization loop based on a genetic algorithm in order to optimize the filter response, and also, reduce the additional power losses introduced by an EMI filter. The optimization search space has been limited to the components available on the market and the optimization result is given as component references of the optimal filter referring to the optimal solution found. This procedure has been validated experimentally. Finally, EMI filters often are constituted by magnetic components such as ferrite beads or inductors with magnetic cores. Thus, introducing the EMI filter in the audio path, adds a nonlinear behavior in the audio frequency band. Designing a high quality EMI filter require taking into account this phenomenon and studying its impact of the original amplifier audio performance. Therefore, the Jiles-Atherton model for magnetic materials has been used for ferrite bead modeling. Hereafter, the impact on the time and frequency domain signals has been simulated and compared to measurements. Finally, the total harmonic distortion (THD) has been computed for different signal amplitudes and compared to the THD measured using an audio analyzer. Accurate results have been obtained on a wide range of signal amplitudes. As a conclusion, this work aimed to design optimal EMI filters for Class-D amplifiers. Thus, we dealt with improving their EMI response, reducing their additional power losses and evaluating their impact on the audio quality.