Le sujet concerne l'utilisation de techniques de traitement du signal assez classiques (filtrage de wiener) pour permettre de reconstituer les perturbations CEM conduites émises par un convertisseur d'électronique de puissance. Ce travail va dans le sens d'une meilleure compréhension des perturbations générées par ces systèmes complexes, et pourra déboucher sur une amélioration de ces convertisseurs, sur un plan des lois de commande et des modes de commutation notamment. La méthode est développée et validée sur une simple cellule de commutation (Boost), puis mise en œuvre sur un onduleur de tension commandé en PWM, PDM et finalement, utilisant la résonance

Cette thèse a pour but d'analyser le couplage électromagnétique sur les systèmes électroniques linéiaires testés en chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM).

La cohabitaion, dans une même enceinte, des systèmes électroniques de puissance et decommande est un risque majeur pour le bon fonctionnement des systèmes électroniquesembarqués (Automobile, Aéronautique et Spatial). La maitrise de la CEM de ces systèmes estun défit surtout avec la difficulté de rendre compte des phénomènes EM.Ce mémoire décrit la modélisation des émissions conduites et des émissions EM rayonnéespar le câblage des systèmes électroniques embarqués. On explique d'abord le choix del'utilisation de la méthode de modélisation PEEC puis on décrit sa formulationmathématique et on présente les différents phénomènes EM qu'elle prend en compte dansle contexte de câblage.Dans le deuxième chapitre, un calcul tridimensionnel des émissions EM rayonnées a étéproposé. Il prend en compte de la géometrie des cellules de discrétisation et permet unemeilleure considération de la montée en fréquence. Il permet ainsi de se rapprocher au plusprès de la structure. Une validation de ce calcul a été effectuée en comparant les résultatsde simulation à ceux obtenus par d'autres calculs analytiques, par modélisation " élémentsfinis " et aussi par des mesures en champ proche.Le troisième chapitre est consacré aux applications aux systèmes électroniques embarqués.Dans une première partie, une étude d'un système de câblage, qui reflète les différentsphénomènes rencontrés en automobile, a été faite. Ensuite, un câblage est associé à unconvertisseur DC/DC. Ce convertisseur est utilisé comme un générateur de perturbations EMen Hautes fréquences. Dans cette partie du travail, on présente une modélisation de cesperturbations qui se propagent vers le câblage et qui se transforment en émissions EMrayonnées.

L'utilisation croissante d'appareils électroniques et la multiplicité des sources de perturbation ont conduit à l'étude de nouveaux moyens d'essais permettant d'améliorer la répétitivité des mesures en Compatibilité ElectroMagnétique (CEM), en particulier aux fréquences supérieures au GigaHertz. Dans ce contexte, la Chambre Réverbérente à Brassage de Modes (CRBM) représente un outil attractif, tant au niveau des mesures en immunité qu'en émission. Cependant, de nombreuses questions restent encore ouvertes quand au comportement des CRBM, en présence ou non de l'équipement sous test : les travaux représentés dans ce mémoire ont pour but d'apporter une contribution au volet probabiliste de l'étude du champ électromagnétique en CRBM

La cohabitaion, dans une même enceinte, des systèmes électroniques de puissance et decommande est un risque majeur pour le bon fonctionnement des systèmes électroniquesembarqués (Automobile, Aéronautique et Spatial). La maitrise de la CEM de ces systèmes estun défit surtout avec la difficulté de rendre compte des phénomènes EM.Ce mémoire décrit la modélisation des émissions conduites et des émissions EM rayonnéespar le câblage des systèmes électroniques embarqués. On explique d’abord le choix del’utilisation de la méthode de modélisation PEEC puis on décrit sa formulationmathématique et on présente les différents phénomènes EM qu’elle prend en compte dansle contexte de câblage.Dans le deuxième chapitre, un calcul tridimensionnel des émissions EM rayonnées a étéproposé. Il prend en compte de la géometrie des cellules de discrétisation et permet unemeilleure considération de la montée en fréquence. Il permet ainsi de se rapprocher au plusprès de la structure. Une validation de ce calcul a été effectuée en comparant les résultatsde simulation à ceux obtenus par d’autres calculs analytiques, par modélisation « élémentsfinis » et aussi par des mesures en champ proche.Le troisième chapitre est consacré aux applications aux systèmes électroniques embarqués.Dans une première partie, une étude d’un système de câblage, qui reflète les différentsphénomènes rencontrés en automobile, a été faite. Ensuite, un câblage est associé à unconvertisseur DC/DC. Ce convertisseur est utilisé comme un générateur de perturbations EMen Hautes fréquences. Dans cette partie du travail, on présente une modélisation de cesperturbations qui se propagent vers le câblage et qui se transforment en émissions EMrayonnées. / The calculation of radiated electromagnetic (EM) fields from wiring systems such as cables in automotive/aeronautic applications is an important issue for the prediction and the prevention of EM Interference (EMI) and EM Compatibility (EMC) problems. Many numericalmethods of electromagnetic modeling are available and can be used for EM analysis. Amongthese methods, the Partial Element Equivalent Circuit method (PEEC) is particularly wellsuited. Usually the PEEC approach is an efficient way to deal with circuit simulation ofdistributed structures. In automotive/aeronautic applications, the electronic systemsoperate at increasingly higher frequencies. So, the radiation of cables cannot be neglected. A3D model based on the PEEC method was proposed in order to take into account the size ofautomotive wiring systems. It includes resistive, inductive and capacitive effects. This 3Dapproach was shown to accurately predict the conducted disturbances by cables above largeground planes.In this work a new 3D calculation approach based on Maclaurin expansion is developed toevaluate the radiated fields with the PEEC method. The originality of this work is consideringboth radiated and conducted disturbances in the framework of a PEEC method for large sizestrcutures. In a first step the current carried by the conductors are determined from thecircuit model deduced with the 3D PEEC method. Then in a second step the field radiated bythe wiring systems is evaluated using an analytical calculation deduced from the distributionof currents.The third part of this work is to identify the disturbances generated

N.c. / N.c.

Cette thèse se situe dans le domaine de l'électromagnétisme et plus particulièrement, celui de la compatibilité électromagnétique. L'objectif de cette thèse est de proposer une condition d'interface qui évite de mailler les plaques minces conductrices lors d’une modélisation tridimensionnelle. Cette condition permet de prendre en compte de manière précise la réflexion d'une onde ou sa transmission par une plaque conductrice. Elle permet aussi de tenir compte de l'effet de peau de l'effet de peau à l'intérieur de la plaque. Cette condition d'interface est intégrée dans une méthode Galerkin discontinue. La présence des termes de flux dans cette méthode rend facile l'implémentation de cette condition d'interface. Afin de montrer l'intérêt de cette condition dans le cadre de la compatibilité électromagnétique, des configurations d'interaction ondes-Structures sont traitées. Elles ont pour but d'étudier l'efficacité de blindage de diverses cavités bidimensionnelles et tridimensionnelles. / This thesis concerns electromagnetic fields and more particularly electromagnetic compatibility. The aim of this thesis is the modeling an interface condition to avoid the mesh of thin conductive sheets in 3D numerical methods. This interface condition allows to take in account the reflection or the transmission of an incident wave on a conductive sheet. It also takes into account the skin effect in this sheet. This interface condition is integrated in discontinuous Galerkin method. The presence of flux terms is this method makes easy to implement this interface condition. To demonstrate the advantage of this interface condition in electromagnetic compatibility problems, many configurations of interaction wave-Structure are treated. They aim to study the shielding effectiveness of different cavities in two and three dimensions.

Ce travail de thèse s'inscrit dans un contrat entre l'équipe "Mesures électroniques" du LIEN (EA3440) et le service de la Recherche et celui des Études Médicales de la société EDF. Il porte sur le comportement des défibrillateurs implantables en environnement magnétique basse fréquence (50 Hz-50 kHz). Un premier chapitre introduit les principes des interactions entre les champs électromagnétiques et les implants médicaux actifs. Il résume les données constitutives d'une étude comportementale des implants médicaux actifs en présence d'un champ électromagnétique. Y sont présentées et définies les données générales ou spécifiques aux sources électromagnétiques et aux dispositifs médicaux implantables. Un souci est de déterminer les champs et/ou les courants électriques induits dans un modèle du corps humain par une source magnétique basse fréquence (50 Hz à 50 kHz), c'est l'objet du chapitre 2. Ces calculs sont basés sur un modèle par les intégrales finies simulé à l'aide du logiciel CST. Un fantôme virtuel utilisant les conductivités de 77 organes différents a été construit grâce au Visible Human Project. La prise en compte de l'implant est effectuée au chapitre 3. Partant des résultats précédents, un défibrillateur implantable est inséré dans le modèle virtuel en vue de calculer les tensions induites en bout de sonde. Ces tensions sont comparées aux données normatives et montrent leur valeur très faibles quelle que soit la fréquence du champ magnétique. Le quatrième et dernier chapitre présente les résultats de validation expérimentale obtenues par des tests in vitro dans un fantôme électromagnétique au sein d'une cage de Faraday. Un signal cardiaque leurre est généré artificiellement. Un banc de mesure est configuré et géré par un logiciel d'instrumentation virtuelle sous GPIB (HPVEE). Il permet de contrôler la puissance de la source et de recueillir les signaux via la télémétrie du défibrillateur. Quelques épisodes réversibles ont été observés à 50 Hz montrant la grande sensibilité de l'électronique (filtre d'entrée) selon les modèles destinés à l'Europe (50 Hz) ou aux USA (60 Hz). Ceci est normal ces valeurs correspondant aux fréquences cardiaques. Les séries de mesures effectuées n'ont montré aucune défaillance pour les 4 défibrillateurs testés pour des puissances pouvant atteindre jusqu'à 3,44 mT. / This thesis was conducted under a contract between the "Electronic Measurements" Research Group within the Electronic Instrumentation Laboratory of Nancy and the Research Department of EDF. The focus of this thesis is the behavior of implantable defibrillators in low frequency (50 Hz-50 kHz) magnetic environments. The first chapter introduces the principles and summarizes the basics of the interactions between electromagnetic fields and active medical implants. General and specific data concerning implantable medical devices are also presented. The main aim of the second chapter is to determine the fields and/or electric currents induced in a human body by a magnetic source at low frequency (50 Hz to 50 kHz). The calculations are based on a finite integral method elements model using CST software. In the third chapter, a virtual phantom is described, based on 77 different organs. It is constructed using the Virtual Family. Based on the above results, an implantable defibrillator is inserted into the virtual model to calculate the voltages induced at the end of the probe. These voltages are compared with threshold values obtained from the Standards to demonstrate their very low values regardless of the frequency of the magnetic field. The fourth and final chapter presents the results obtained for experimental validation with in vitro tests in an electromagnetic phantom made of gelatin, placed within a Faraday cage. A cardiac signal is generated as an artificial lure. The experimental set up is configured and managed by virtual instrumentation (GPIB HPVEE). It controls the power source and collects telemetry signals via the defibrillator. Some reversible episodes were observed at 50 Hz showing the sensitivity of the electronics (input filter) according to the ICD models destined for Europe (50 Hz) and the USA (60 Hz). These are normal values for heart rate. The series of measurements showed no failure for four defibrillators tested in electromagnetic fields up to 3.44 mT

La CEM (Compatibilité ElectroMagnétique) est de plus en plus importante dans la conception des systèmes électroniques et plus particulièrement dans le domaine automobile. En effet, avec la densification de l’électronique dans les véhicules, les problèmes liés à la CEM sont de plus en plus fréquents. Ainsi, afin de limiter ces interférences électromagnétiques, des filtres correctement dimensionnés et implémentés doivent être utilisés. Chaque filtre est dimensionné en tenant compte de l’environnement dans lequel il va être introduit. Cependant, de nombreux facteurs peuvent altérer ses performances, tel que le routage, la structure mécanique ou bien les couplages internes au filtre, entre les composants eux-mêmes. Cette thèse traite de l’étude de l’influence des couplages inter-composants sur les performances d’un filtre pour la CEM. En effet, les méthodes existantes sont basées uniquement sur des simulations électromagnétiques 3D qui sont couteuses en terme de temps et requiert également un trop grand nombre d’informations sur les composants (propriétés géométriques, des matériaux etc.). Ainsi, une méthode uniquement basée sur des calculs analytiques et exploitations de mesures a été développée. Cette méthode simplifiée est très efficace car elle permet la prédiction des performances d’un filtre, quelle que soit sa topologie et quelle que soit sa structure. Cette méthode a été validée via de nombreux cas d’applications de filtres implémentés sur des systèmes d’électronique de puissance du domaine automobile. Finalement, cette méthode a été capitalisée au travers d’un outil pour le design et la prédiction des performances de filtre pour la CEM en tenant compte de la proximité des composants. / EMC (ElectroMagnetic Compatibility) is increasingly important in electronic and electrical systems and more particularly in the automotive domain. Actually, there are more and more power electronics equipments in a vehicle and, therefore, EMC issues are more recurrent. In order to limit EMI (ElectroMagnetic Interferences), well designed filters are needed. Each filter is designed corresponding to a system and the required attenuation. However, different parameters can have influence on the filter performances, such as the layout, the mechanical structure or the inter-components coupling of the filter. Therefore, the thesis work is based on the study of the filter performance considering inter-components coupling. Some methods exist on that topic bu are generally based on 3D electromagnetic simulation, which is time-consuming and requires a lot of information on components (geometrical properties, material properties etc.). Therefore, our work is based on a methodology only based on analytical calculation and measurements. That simplified methodology is very accurate because it can predict a filter performance, whatever the filter topology, whatever the structure. That method was validated under several application cases on power electronics systems for automotive domain. Finally, the whole methodology has been accrued in a tool for filter design that can predict a filter attenuation by considering the components proximity.

L'augmentation des charges électriques embarquées dans l'avion « plus électrique » impose une vigilance accrue au niveau de la compatibilité électromagnétique. L'utilisation d'alimentations à découpage, nécessaires à la commande en vitesse des actionneurs électromécaniques, entraîne la circulation de courant de mode commun dans les câbles de puissance et donc la création de champs électromagnétiques. Les tolérances d'émission des équipements électriques aéronautiques proviennent la norme aéronautique civile DO-160E. Cette étude nous a permis de prédire les modes de rayonnement de plusieurs architectures de connexions des câbles de puissance parcourus par les signaux de l'électronique de puissance, dans les conditions spécifiques imposées par la norme DO-160E et selon leur mode de connexion à la masse. Nous présentons dans un premier temps la modélisation d'un système électrique constitué d'un convertisseur statique à configuration versatile, d'un câble de puissance ainsi que d'une charge. Cette modélisation est ensuite utilisée pour déterminer le champ électromagnétique rayonné par les câbles de puissance. Dans un deuxième temps, nous validons les résultats théoriques par des mesures de champ sur un banc d'essai versatile et représentatif.