Les liaisons filaires de par leurs fonctions constituent les véhicules de l'information ou de l'énergie. La présence d'ondes électromagnétiques perturbatrices dans leur voisinage peut occasionner une altération des signaux émis et quelques fois la destruction des appareils connectés aux extrémités. Pour prévoir les niveaux des signaux parasites, et dans le but de les réduire, il est important d'envisager une modélisation fine des structures filaires et ceci, avec un temps de calcul acceptable. Pour y répondre, des modèles analytiques de simulation plus ou moins détaillés ont été mis au point. Nous verrons tout au long du premier chapitre que les modèles existants n'envisagent pas, dans des configurations générales, la prise en compte de la proximité des conducteurs les uns par rapport aux autres. Ceci pose un sérieux problème alors que l'on assiste de plus en plus à un besoin soutenu d'intégration des circuits et systèmes. Notre travail s'inscrit dans la correction de ces défaillances et propose des modèles de type circuit caractérisant les lignes multifilaires ainsi que les câbles multifilaires blindés tout en tenant compte des effets de peau et de proximité intervenant dans les milieux conducteurs. Les hypothèses quasi-TEM sont adoptées et des matrices d'impédances et d'admittances des structures filaires sont déterminées sur une large gamme de fréquences (fréquences pour lesquelles les courants de déplacements dans les conducteurs restent négligeables). Une analyse critique des méthodes et modèles existant actuellement pour la modélisation des paramètres linéiques des lignes et câbles est présentée dans le mémoire au chapitre 1. On propose dans le chapitre II un modèle original de calcul des paramètres des lignes multifilaires (plusieurs conducteurs de rayons différents) avec la prise en compte des effets de peau et de proximité au niveau des conducteurs. Enfin, le chapitre III propose aussi un modèle original de détermination des impédances et admittances des câbles multifilaires blindés. Les modèles proposés sont de type circuits équivalents, et sont validés par des méthodes utilisant la technique des éléments finis ou par une comparaison avec des publications récentes, sur une gamme de fréquences allant de 0 à 10 MHz.

De nos jours, les systèmes de communication sans fil et d'imagerie sont devenus indispensables. Ces applications, tant civiles que militaires, doivent avoir une sûreté de fonctionnement éprouvée, et ce dans tous les domaines dont celui de la compatibilité électromagnétique. Pourtant les circuits électroniques complexes au cœur de ces systèmes voient leur seuil de susceptibilité électromagnétique diminuer. Cette diminution est causée premièrement par une augmentation de la fréquence de fonctionnement des circuits et deuxièmement par la réduction de leurs tensions d'alimentation. Dans ce contexte, ce travail de thèse a pour but de mettre en avant les effets d'agressions électromagnétiques sur un système électronique hyperfréquence complexe en suivant une méthode de test. Le principe consiste à étudier chaque circuit du système indépendamment les uns des autres. Ces différents circuits sont ensuite associés pour former une boucle à verrouillage de phase (PLL). La susceptibilité du système global est alors étudiée. Pour ces études de susceptibilité, nous utilisons un banc de caractérisation électromagnétique en zone de champ proche. Les sondes à base de câbles coaxiaux sont caractérisées. Nous avons d'abord étudié l'effet d'un signal d'agression hyperfréquence sur le comportement d'une diode Schottky. Nous avons mis en évidence sur le système diode - ligne, des phénomènes de résonance sur les pistes du circuit imprimé. L'ensemble de cette étude nous sert d'approche préliminaire pour l'analyse de la susceptibilité de la boucle à verrouillage de phase. En suivant la méthodologie décrite précédemment nous avons pu montrer plusieurs effets d'agressions électromagnétiques sur des circuits électroniques actifs du type oscillateur, amplificateur et comparateur de phase. L'élaboration d'une hiérarchie de ces effets a permis de déterminer la contribution de chacun de ces circuits sur la susceptibilité électromagnétique du système PLL.

De nos jours, le développement rapide des systèmes électroniques complexes multiplie les sources de perturbations électromagnétiques, auxquelles un nombre de circuits actuels deviennent de plus en plus susceptibles. Il devient donc indispensable de prédire les comportements des circuits intégrés vis-à-vis de ces perturbations, qu'elles soient conduites ou rayonnées. Cette thèse propose donc une méthodologie de simulation de l'immunité conduite et rayonnée des circuits intégrés dans leur environnement. Les travaux ont été menés sur un circuit intégré multi-coeur précédemment utilisé pour l'étude des techniques de réduction des émissions parasites. Celui-ci a permis, en sus de la méthodologie déjà citée, d'identifier quelques règles de conception en vue d'une meilleure immunité électromagnétique. Le premier chapitre est consacré à l'étude des origines des perturbations électromagnétiques et de leurs influences sur le comportement des circuits intégrés, ainsi que des méthodes de mesure de la susceptibilité en modes conduit et rayonné, en harmonique et en transitoire. Les chapitres 2 et 3 présentent des modèles électriques complets pour la simulation de l'immunité en mode conduit d'un circuit intégré, respectivement en harmonique (DPI - Direct Power Injection) et en transitoire (VF-TLP - Very Fast Transmission Line Pulsing). Les pertes en puissance ainsi que le substrat du circuit intégré ont également été modélisés. Dans le chapitre 4, un modèle de simulation d'injection en champ proche (en mode rayonné) est introduit et validé par des mesures de susceptibilité effectuées sur des circuits en boîtier avec et sans couvercle. Enfin, l'utilisation de diverses techniques de réduction de l'émission parasite des circuits intégrés pour la diminution conjointe de leur susceptibilité en modes conduit et rayonné est étudiée et discutée dans le chapitre 5. Les perspectives de cette thèse couvrent la prédiction avant fonderie de l'immunité des circuits intégrés aux agressions externes ainsi que la fourniture de leurs modèles pour la simulation d'immunité au niveau carte et au niveau système.

Avec la demande croissante pour les applications à haut débit et pour des liaisons fiables pour les systèmes de commande et de contrôle, la technologie CPL prend une place de plus en plus importante dans les systèmes innovants tels que les réseaux de communication et les réseaux de distribution intelligents. Le principal avantage de cette technologie est sa capacité à bénéficier de l'infrastructure du réseau électrique existant pour la transmission de signaux électromagnétiques. Les systèmes à large bande actuellement utilisés en intérieur opèrent principalement dans la gamme de fréquence de 2 MHz à 30 MHz. Cependant, dans l'environnement intérieur de type habitation ou bureau, les fils électriques des réseaux basse tension n'ont pas été initialement conçus pour propager des signaux de communication à des hautes fréquences. Cette thèse met l'accent sur l'une des principales limitations liées à la technologie CPL indoor, à savoir le rayonnement non intentionnel de signaux électromagnétiques. D'une part, nous nous sommes attachés à caractériser le niveau de rayonnement d'un système CPL typique, afin de vérifier s'il permet la cohabitation avec d'autres systèmes dans un même environnement. D'autre part, nous avons étudié et proposé des méthodes de réduction du niveau de rayonnement indésirable.

Les composants magnétiques en technologie planar répondent aux exigences actuelles de l'Electronique de Puissance (EP), à savoir la montée en fréquence de commutation des structures d'EP et la réduction du volume des convertisseurs. La première tendance impose des contraintes fortes en termes de compatibilité électromagnétique (CEM) des équipements. Ces dernières doivent être prises en compte par les ingénieurs dès la phase conception des convertisseurs en se basant sur des modèles fiables, peu développés pour les composants planar dans la littérature scientifique. Ce travail de thèse porte ainsi sur la modélisation des composants planar pour applications aux filtres CEM. Différentes méthodes sont développées au cours de cette thèse pour arriver à évaluer de manière fine les éléments parasites des inductances planar de mode commun : capacités parasites et inductances de fuite. Une partie du travail a porté sur la modélisation par circuits équivalents du comportement fréquentiel des inductances de MC. Une approche automatisée, basée sur un algorithme de fitting a ainsi été développée pour élaborer des circuits équivalents fiables et robustes. Des approches analytiques (Décomposition du Champ Electrique) et semi-analytiques (Fonctions de Green) ont aussi été proposées pour évaluer les valeurs des éléments parasites. La dernière partie de la thèse est plus orientée conception, avec la réalisation de deux structures de composants innovantes, la première se basant sur une technique de compensation des capacités parasites à l'aide d'éléments parasites structuraux et la seconde sur l'association de deux noyaux magnétiques, possédant matériaux et géométries différentes

Le travail de thèse s'intéresse aux effets liés aux agressions MFP et du chaos sur l'électronique. Après une étude théorique et expérimentale du couplage électromagnétique entre deux ports d'accès d'impédance 50 Ω réalisés dans une cavité complexe, un nouveau modèle est proposé pour étendre l'étude aux cas des impédances de rayonnements quelconques en s'appuyant sur le principe de Babinet. L'impact des agressions EM intentionnelles sur les circuits "front-end" des récepteurs comme par exemple les circuits limiteurs lorsque les antennes sont agressées en dehors de leur bande passante a été aussi étudié et validé sur plusieurs types d'antennes pour les applications 2,45 GHz et bande-X. Les résultats montrent que pour certaines conditions, il est possible que l'agression EM génère des signaux chaotiques à l'entrée du récepteur. Enfin, deux sources chaotiques ont été étudiées et caractérisées et la possibilité d'enrichir leur spectre est proposée. / The thesis focuses on the effects associated with HPM and Chaos aggressions on electronics. After a theoretical and experimental study of the electromagnetic coupling between two ports of 50 Ω impedance in a complex cavity, a new model based on Babinet principle is proposed to extend the study to the case of any radiation impedances. The impact of intentional EM attacks on the "front end" receiver circuits such as limiters at outside the antennas bandwidth was also studied and validated on several types of antennas for 2.45 GHz an X-band applications. The results show that for certain conditions, it is possible that EM aggression generates chaotic signals in the front end receivers. Finally, two chaotic sources have been studied and characterized. The opportunity to enhance their spectrum is also proposed.

Les filtres CEM sont largement utilisés dans les systèmes électroniques de puissance pour la suppression des interférences électromagnétiques. Ils sont en général composés d'une succession de condensateurs et de selfs. En haute fréquence, on est amené à compléter le modèle des composants par des éléments parasites. Ce travail de thèse est consacré à l'étude de l'influence du couplage inter composants sur la performance du filtre CEM. Une étude mathématique a été réalisée sur un filtre LC de type Γ. Cette dernière nous a permis de déduire qu'un meilleur comportement du filtre est obtenu quand le couplage magnétique inter-composants annule l'inductance parasite du condensateur (ESL=M). Pour atteindre cet objectif, une méthodologie permettant d'optimiser les emplacements des composants a été développée en se basant sur des modèles 3D simplifiés des composants du filtre. Dans ce travail de thèse, un condensateur film métallisé est présenté par un modèle 3D constitue d'un volume unique de conducteur. Les bobines avec ferrite sont modélisées en 3D en prenant en compte les propriétés physiques et géométriques. Ces modèles de condensateurs et de bobines ont été étudiés dans le cas de plusieurs configurations pour différents positionnements des composants. Les résultats obtenus ont montré leurs capacités de prédire à la fois les paramètres intrinsèques (Inductance parasite ESL pour le condensateur, Inductance L pour la bobine) et l'inductance mutuelle M inter-composants. Finalement, la méthodologie d'optimisation a été validée expérimentalement sur un filtre CEM de type Γ (condensateur film et bobine bâtonnet avec ferrite) intégré dans un moteur d'essuie-glace / EMC filters are widely used in power electronic systems for electromagnetic interference suppression. They usually consist of a series of capacitors and inductors. At high frequencies, it is necessary to complete the model of component with parasitic elements. This work is devoted to the study of the influence of inter-component coupling on the performance of the EMC filter. A mathematical study was performed on an LC filter in type Γ. The latter allowed us to deduce a better behavior of the filter can be obtained when the magnetic coupling inter-component cancels the parasitic inductance of the capacitor (ESL = M). To achieve this goal, a methodology to optimize the locations of components has been developed based on their 3D models simplified. In this thesis, a metalized film capacitor is presented by a 3D model constituting a single volume conductor. The inductor with ferrite is modeled by taking into account the physical and geometrical properties. These models of capacitors and inductors have been studied in several configurations for different positions of the components. The results have shown their ability to predict both the intrinsic parameters (parasitic inductance ESL for the capacitor, inductance L for the inductor) and mutual inductance M inter-components. Finally, the optimization method was validated experimentally with an EMC filter type Γ (film capacitor and ferrite-rod inductor) built in a wiper motor

Dans le domaine de la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM), la connaissance du niveau d’immunité ou de susceptibilité d’un équipement embarqué est un paramètre important à contrôler et à gérer tout au long de sa durée de vie. En particulier,lors des opérations de maintenance de cet équipement, il est important de veiller au maintien de son niveau de susceptibilité pour garantir son fonctionnement. Pour répondre à ce besoin, les travaux de cette thèse proposent une méthode expérimentale originale de contrôle rapide et facile à mettre en œuvre dans le cas d’essais de susceptibilité rayonnée en haute fréquence. Cette méthode est basée sur l’observation de fréquences harmoniques rayonnées par un équipement lorsque celui-ci est soumis une illumination parfaitement monochromatique en haute fréquence. Pour cela, on fait l’hypothèse que l’amplitude de ces fréquences est d’autant plus grande que l’équipement électronique est en dysfonctionnement. Pour vérifier cette hypothèse, un dispositif expérimental adapté à une illumination en CRBM a tout d’abord été développé et étudié afin de mettre en œuvre cette méthode. Ensuite, après avoir mis en évidence sur plusieurs configurations de cartes électronique l’observation d’harmoniques, nous nous sommes intéressés à une modélisation du phénomène physique pour vérifier celui-ci par la simulation. Ace titre, une modélisation FDTD des expériences a été réalisée en 3D et une comparaison mesures/calcul a été effectuée. Ce travail a permis de montrer qu’à partir du des équations de Maxwell, des harmoniques identiques à celles mesurées étaient rayonnées et que la méthode de contrôle de susceptibilité rayonnée que nous proposions était donc tout à fait viable. Concernant la phase de modélisation, nous nous sommes intéressés essentiellement à représenter le fonctionnement du circuit logique et non à entrer finement dans le détail de chaque composant électronique le constituant. Pour les applications retenues, nous avons donc porté notre effort sur la prise en compte d’un signal numérique représenté sous forme d’une suite de bits, ainsi que sur l’introduction dans le modèle FDTD de Maxwell de quelques composants non linéaires comme la diode et un inverseur CMOS. La généralisation du modèle d’inverseur peut s’appliquer sans difficultés à d’autres composants CMOS, comme les mémoires de type SRAM que nous avons étudiées expérimentalement. / In the frame of ElectroMagnetic Compatibility (EMC), the knowledge of EM immunity or susceptibility levels of on-board equipment is an important parameter to control and manage throughout the whole life of equipment. In fact, during maintenance phases of this equipment, it is important to ensure that these levels are maintained in order to guarantee its operation. To meet this need, this thesis proposes to focus on a novel and easy-to-implement experimental method for a quick diagnosis of equipment EM radiated susceptibility at high frequency.. This method is based on the observation of the harmonic frequencies radiated by an equipment device when this one is summited to a perfectly monochromatic illumination at high frequency. We make the hypothesis that the amplitude of those frequencies increases when the electronic equipment is in a dysfunction state. For this, a experimental method suitable for MSRCs has first been developed and studied to highlight the principle of this method. Then, having observed experimentally the radiation phenomenon of harmonic frequencies on several configurations of electronic cards, we have developed a 3D FDTD model to simulate the phenomenon. With this model, a modeling of the experiments was carried out and comparisons between measurements and calculations were performed. Calculation results coming from FDTD Maxwell’s equation models showed trends and functional behaviors identical to those observed in measurements which demonstrated that the proposed control method was fully viable. Regarding the modeling phase, we concentrated on models describing the operation of the logic circuit but we did not to enter into the physical description of each electronic component. Our selected applications have therefore focused on the inclusion in the Maxwell FDTD model of a digital signal represented as a series of bits, as well as the introduction of some components such as a diode and a CMOS inverter. The generalization of the proposed inverter model can be easily extended to other CMOS components such as the SRAM memories we studied in experimental tests.

Pour répondre aux exigences réglementaires de plus en plus sévères au regard des émissions de CO2, l'industrie automobile voit poindre l'émergence des chaînes de traction électrique dans des structures véhicules en matériaux composites. Dans ce manuscrit, le point de vue du constructeur automobile est considéré. En effet, pour répondre aux exigences automobiles en compatibilité électromagnétique (CEM) pour l'homologation et la protection de la santé des personnes vis-à-vis des champs électriques et magnétiques, le blindage électromagnétique est l'une des solutions de conception les plus utilisées. Afin d'évaluer les meilleurs concepts à moindre coût et réduire autant que possible les délais de prototypage, la modélisation et la simulation numérique doivent encore se développer et être déployées. Les chapitres de ce manuscrit illustrent, étape par étape, la modélisation, la simulation et la validation expérimentale du blindage d'une architecture de chaîne de traction électrique. Dans un premier temps,l'influence d'un matériau composite à savoir l'époxy renforcé en fibres de carbone est étudié sur les émissions conduites et rayonnées en présence d'un câble blindé. Dans un deuxième temps, une méthodologie de modélisation des câbles blindés et des raccords de masse est proposée dans un environnement électromagnétique où la théorie des lignes de transmission classique ne s'applique pas. Pour valider les deux précédentes parties, des bancs de mesure sont proposés et développés. Les résultats expérimentaux sont comparés à la simulation numérique. La dernière partie considère une chaîne de traction électrique simplifiée en présence de boîtiers métalliques, de câbles de puissance blindés, de raccords de blindage et de raccords de masse dans une structure multi-matériaux dans la bande de fréquences 10 kHz - 300 MHz. Les émissions conduites et rayonnées sont analysées en portant une attention particulière à la perturbation de la réception radio. / To reach the increasingly stringent regulatory requirements for CO2 emissions, the automotive industry is improving the electric powertrains in car bodies with composite materials. In this thesis report, the point of view of the car manufacturer is considered. The electromagnetic shielding is one of the most important design solutions to respect the electromagnetic compatibility (EMC) requirements for the homologation and the protection of human health with respect to electrical and magnetic fields. In order to evaluate the best concepts at lower costand to minimize prototyping delays, modeling and numerical simulation still need to be developed and deployed.The chapters of this thesis report illustrate, step by step, the modeling, the simulation and the experimentalvalidation of the shielding applied to an electric powertrain. In a first step, the influence of a composite material such as the carbon fiber reinforced epoxy is studied on the conducted and the radiated emissions in presence of a shielded cable. In a second step, a methodology to model shielded cables and the grounding connectionsis proposed in an electromagnetic environment where classical transmission line theory cannot be applied. Tovalidate the two previous parts, measurement setups are proposed and developed. The experimental results arecompared with the numerical simulation. The last part considers a simplified electric powertrain with metal housings, shielded power cables, shielding connections and grounding connections in a multi-material structurein the 10 kHz - 300 MHz frequency band. The conducted and radiated emissions are analyzed with a particular attention to the disturbance of the radio reception.

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.