Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la conception de systèmes mécatroniques et traite plus spécifiquement du problème de leur dimensionnement. Dans ce sens, elle s'intéresse aux méthodes permettant de sélectionner les composants constituant leurs chaînes d'actionnement afin de satisfaire au mieux un cahier des charges donné. Puisque les lois concurrentielles actuelles demandent un renouvellement fréquent des produits malgré une complexité toujours croissante, les démarches adoptées pour traiter ce type de problème se doivent d'être les moins coûteuses en termes financiers mais aussi en termes de temps d'étude. Pour diminuer le nombre d'itérations du processus de conception, une solution possible est de reformuler le problème sous la forme d'un problème inverse où les inconnues du problème de dimensionnement sont directement calculées à partir des spécifications du cahier des charges sur les sorties du système. Dans cette optique, le laboratoire Ampère propose une méthodologie de dimensionnement par modèles bond graph inverses. L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement de cette méthodologie d'une part dans sa phase d'analyse structurelle (phase permettant de vérifier avant toute simulation si le problème inverse est correctement posé) puis, d'autre part, dans sa phase de dimensionnement (phase durant laquelle l'inversion du modèle est effectivement mise en œuvre puis exploitée). Concernant la phase d'analyse structurelle, le mémoire s'attache à détailler les mécanismes d'une telle analyse dans le langage bond graph mais vise aussi à préciser son domaine de validité. Pour cela, une comparaison de l'approche bond graph aux approches Modelica, système structuré et modèle d'état permet de mettre en évidence l'existence de plusieurs niveaux d'information et de description sur le système. Selon l'exploitation ou non de ces différents niveaux d'information et de description, plusieurs niveaux d'analyse sont ensuite proposés : le niveau structuré, le niveau BG-structurel et le niveau comportemental. Il est également montré comment ces différents niveaux d'analyse peuvent être mis à profit dans une démarche de conception et comment ceux-ci permettent de reformuler certaines propriétés bond graph selon la phase de conception dans laquelle nous nous trouvons les propriétés au niveau d'analyse BG-structurel permettent d'infirmer ou de valider l'architecture du système). Concernant la phase de dimensionnement, le mémoire aborde le cas où le problème de dimensionnement ne peut se formuler complètement sous la forme d'un problème inverse et où la méthodologie ne peut s'appliquer directement. Pour cela, le problème de la représentation bond graph d'un problème d'optimisation dynamique est étudié afin de traiter des spécifications qui ne peuvent s'exprimer sous forme de fonctions dépendant explicitement du temps. Une procédure bond graph d'optimisation est à cette fin reprise puis étendue notamment à une classe de systèmes non linéaires. Enfin, un exemple de couplage entre méthodologie de dimensionnement et optimisation dynamique est effectivement mis en œuvre jusqu'à l'obtention de résultats numériques afin d'illustrer la faisabilité de la méthodologie tout au long du processus de conception.

Les systèmes hybrides EnR/H2 sont une solution innovante au problème du stockage des énergies renouvelables. Ces systèmes comprennent : une ou plusieurs sources renouvelables d'énergie ; un électrolyseur pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène lorsque la source renouvelable fournit un excédent d'énergie ; à l'inverse, lorsque la demande excède la capacité de la source renouvelable, une pile à combustible consomme les gaz afin de fournir le complément d'énergie nécessaire. Afin de développer ces solutions dans le futur : il est nécessaire de constituer un ensemble de références architecturales correspondant aux applications cibles pour les systèmes hybrides EnR/H2 ; et de posséder un instrument décisionnel permettant le dimensionnement optimum des sous-systèmes selon plusieurs critères (efficacité énergétique du système ou coût du kWh). Un code numérique de dimensionnement sous langage MATLAB®, baptisé ORIENTE, a donc été développé dans le cadre des travaux de recherches qui s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-07-PANH-012). Les différents partenaires de ce projet sont la société HELION, l'Université De Corse, le CEA, l'INPT - LAPLACE et ARMINES. Les applications concernées par ce code, sont l'électrification de sites isolés, la gestion énergétique de micro-réseaux électriques et l'écrêtage de pointes de puissance sur un réseau électrique. La première application sera traitée via un démonstrateur qui sera installé à Cadarache début 2011, sur le site du CEA, celle-ci concerne l'alimentation d'un pylône météorologique. Cette application est labellisée par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. La 2ème application concerne l'étude d'un micro-réseau sur le site de MAFATE (îlet de la Réunion). Cette étudie est en partenariat avec l'ARER. La dernière application, nommée projet MYRTE a été traitée à travers une plateforme technologique sur le site de Vignola (près d'Ajaccio) pour des modes de contrôle-commande répondant à de l'écrêtage de pointe et à du lissage de la production photovoltaïque. Cette plateforme est financée par la région, l'Etat et l'Europe (FEDER). Cette application a fait l'objet d'une labellisation par CAPENERGIES.

Cette thèse aborde le sujet de la modélisation du processus de dimensionnement en génie électrique par la simulation numérique. En premier lieu, le formalisme SADT est utilisé pour guider l'utilisateur dans sa simulation numérique. Puis, l'utilisation d'événementiels permet de recituer la simulation numérique dans le processus de dimensionnement en génie électrique. Enfin, une méthode nouvelle est proposée s'inspirant d'Open Inventor et de la méthodologie objet pour tenter de rassembler et de capitaliser I'ensemble des aspects du processus de dimensionnement en génie élechique. Cette méthode nouvelle est associée au langage VRML pour bénéficier de la syntaxe déjà définie

Lors de cette étude, nous avons développé un code d'analyse rapide de l'écoulement méridien dans les turbomachines. Ce code est basé sur la résolution des équations dynamiques moyennées qui régissent l'écoulement interne stationnaire et non visqueux dans le repère relatif. On a utilisé une combinaison linaire des équations de quantité de mouvement selon les directions axiale et radiale pour éviter au terme source des équations de devenir singulier. Le modèle ainsi développé est particulièrement adapté au cas le plus général des machines de compression; à savoir, les machines mixtes. On a développé également les équations permettant, à l'aide de l'hypothèse d'un nombre infini d'aubages et en supposant l'écoulement axisymétrique, de calculer à la fois les forces d'aubages et la cinématique simplifiée de l'écoulement aube à aube. Celle-ci prend en compte les données géométriques fournies par les constructeurs ou les logiciels de conception globale. Cette dernière démarche assure une liaison très efficace dans le cadre de l'avant-projet des turbomachines où, dans une première approche d'optimisation, la géométrie des pales est introduite de manière très simple. Les résultats obtenus semblent très cohérents en débit nominal mais également en débit partiel comme le montrent les comparaisons qualitatives avec des résultats d'essais.

Les avancées technologiques de ces dernières années dans l'automobile ont permis d'améliorer les rendements des moteurs. Ainsi, les puissances délivrées augmentent et dans le même temps, les volumes alloués diminuent. Dans ce contexte, les pièces mécaniques requièrent un calibrage précis afin de tirer le meilleur parti de la place disponible. Ce dimensionnement au plus juste fait apparaître des phénomènes d'endommagement qui ne s'étaient pas révélés jusque là. Un dommage surtout notable est l'usure qui se manifeste par des arrachements de matière dans les systèmes mécaniques en contact frottant tels que les liaisons cannelées. L'objectif de la thèse est de développer une méthode de dimensionnement à l'usure qui soit applicable pour tous les systèmes de transmission de puissance. La méthode de dimensionnement est composée de six étapes et s'inscrit dans le cycle de développement d'un produit selon le schéma adopté chez PSA Peugeot Citroën. Les étapes du dimensionnement sont reliées par un critère énergétique qui permet d'effectuer les transitions d'échelle nécessaires. Plusieurs modèles numériques en deux dimensions et en trois dimensions sont utilisés pour la conception des systèmes mécaniques. Ils sont alimentés par des lois de comportement obtenues expérimentalement sur un système tribologique simple représentatif du système réel en termes de matériau, d'état de surface et de géométrie. L'usure est simulée numériquement à l'aide d'une méthode incrémentale. Des essais de validation sur un banc composant finalisent le dimensionnement. La méthode a été appliquée au cas d'une liaison cannelée particulière de la boîte de vitesse située sur l'arbre primaire. Technological advances in recent years in the automotive industry helped to improve engine performances. Thus, the delivered powers increase and in the same time, the allocated volumes decrease. In this context, mechanical parts require an accurate calibration in order for the designer to optimize the space available. This precise sizing gives rise to damage phenomena that had not previously revealed. Wear is the damage especially noticeable which is manifested by material pulling off the surface in frictional contact such as spline couplings. The aim of the thesis is to develop a design method to wear that is applicable to all power transmission systems. The design method consists in six stages and it is consistent with the product development cycle defined by PSA Peugeot Citroën. The steps are connected by an energy criterion which allows for scale transitions. Several numerical models in two dimensions and three dimensions are used for the design of the mechanical systems. Behavior laws obtained experimentally on a simple tribological system are used in these models. The simple tribological system is representative of the real system in terms of material, surface condition and geometry. Wear is simulated numerically using an incremental technique developed for the studied cases specifically. Experimental tests are performed on a component test rig to validate the design. The method was applied to the case of a spline coupling located on the primary shaft in the gearbox.

Ce travail de thèse propose une méthodologie de dimensionnement s'adaptant à un grand nombre de structures de convertisseurs statiques. Elle intègre différents outils préexistants, et s'appuie sur la formulation automatique, avec des techniques de calcul symbolique, d'un modèle de dimensionnement. Celui-ci prend en charge, à un même niveau, l'aspect physique du fonctionnement et l'aspect conception qui s'exprime en termes de respect d'un cahier des charges. La connaissance fondamentale pour mettre en œuvre cette démarche se veut minimale, et comprend les équations des nœuds du circuit et les spécifications du cahier des charges. L'intervention de l'utilisateur dans la méthodologie est réduite au maximum et simplifiée. Sur ces principes, cette approche de CAO cherche à fournir au concepteur, via l'ordinateur, en plus de logiciels d'analyse, un véritable outil d'aide au dimensionnement intégrable dans une méthodologie globale de conception des convertisseurs statiques.

L'objectif de la thèse est d'étudier un système d'antennes distribuées radio sur fibre pour le WLAN IEEE802.11g OFDM à 2.45 GHz. A partir de modèles et de caractéristiques de la chaîne optique, nous avons déduit les limitations d'un tel système pour en déduire des solutions techniques. Le niveau du facteur de bruit de la liaison est élevé, tout comme son point de compression est assez faible, et cela entraîne une dynamique assez faible. Compte tenu que nous maîtrisons les niveaux des signaux, le lien descendant se comporte correctement. Pour le lien montant, et avec des circuits optoélectroniques disponibles, la dynamique du récepteur est fortement affectée. Compte tenu de la dynamique des signaux reçus, la norme radio ne peut être respectée sans un contrôle automatique de gain. Par simulation et mesure, nous avons analysé les performances du point d'accès ainsi amélioré, en étudiant la dynamique et l'EVM. Nous avons ensuite regardé l'effet de plusieurs antennes sur le système. De nouveau c'est le lien montant qui est pénalisant. Pour plusieurs architectures, nous avons étudié les performances et dimensionné le système total en fonction du nombre d'antennes à distribuer par fibres optiques. La sélection d'une antenne parmi toute semble nécessaire.

Après mes travaux de thèse effectués au Laboratoire l'Electricité, Signaux, et Robotique, (LESiR) de l'Ecole Normale Supérieure de Cachan, devenu depuis Laboratoire des Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie (SATIE), j'ai eu la chance de travailler au sein de différentes équipes de recherche en génie électrique, tout d'abord, en Grande Bretagne, à l'"Electrical Machines and Drives Group" de l'Université de Sheffield, puis à Belfort au Laboratoire d'Electronique, Electrotechnique et Systèmes (L2ES), et enfin au Havre, au sein du Groupe de Recherche en Electrotechnique et Automatique du Havre (GREAH). Ce document me permet de présenter ces travaux afin de solliciter une Habilitation à Diriger des Recherches. Ce mémoire comporte trois parties. Une première partie où sont regroupés mon CV, une présentation de mes activités d'enseignement, d'administration, d'encadrement et de recherche et enfin une énumération des publications auxquelles j'ai participé. Dans la seconde partie, qui constitue le cœur de ce mémoire, une présentation plus approfondie de mes thématiques de recherche sera abordée. Ces thématiques sont regroupées en deux catégories : l'une plus fondamentale, du point de vue des sciences de l'ingénieur, concerne la modélisation des machines électriques, et la seconde plus applicative concerne les machines synchrones à double excitation. Alors que lors de mes travaux de thèse, qui concernaient les machines synchrones à double excitation, j'ai été plus utilisateur que développeur de méthodes de modélisation, je me suis de plus en plus orienté vers le développement de modèles au cours de mon séjour à l'Université de Sheffield et maintenant au GREAH. Les modèles développés sont bien adaptés pour le dimensionnement optimal des machines électriques. Ils sont de deux natures : * modèles analytiques ; * modèles semi-numériques. Les modèles analytiques sont basés sur la résolution formelle des équations de Maxwell dans les régions à perméabilité uniforme. Par modèles semi-numériques on entend les modèles basés sur les réseaux de permeances. La thématique des machines synchrones à double excitation, bien que n'étant pas une problématique fondamentale à proprement dit, permet d'apporter des réponses à des problématiques qui ne le sont pas moins : "défluxage" des machines à aimants permanents, optimisation énergétique, et enfin augmentation du coût des aimants permanents. Cette thématique est essentiellement menée en collaboration avec des collègues de l'équipe Systèmes d'Énergies pour les Transports et l'Environnement (SETE) du SATIE. Enfin, dans la troisième partie un bilan global des activités de recherche est dressé. Ce bilan permettra de revenir sur les points que je considère essentiels de ces activités, et de dégager quelques perspectives aux court, moyen, et long termes.

Cette thèse se préoccupe d'améliorer la conception de convertisseur. Le nombre de contraintes augmente avec l'évolution technologique et les restrictions actuelle et amènent à .des solutions informatiques. Dans une première partie nous allons analysé nos connaissances actuelles sur la base de la réalisation d'un Flyback et d'un Forward. De nombreuses difficultés ont été rencontrées et une étude du transformateur en découle. Cette approche ne tien par contre pas conte des problèmes CEM. Dans une deuxième partie nous traitons la modélisation du transformateur. La prédétermination magnétique d'enroulement en fils de Litz est développée et des comparaisons avec des résultats expérimentaux la valide. Une approche analytique 2D permet d'améliorer le calcul * de l'inductru1ce de fuite. La pris en compte du plan de masse * et l'instauration d'une nouvelle méthode d'identification permet d'améliorer le modèle électrostatique du transformateur. La problématique de la CEM dans la conception est aborder dans la troisième partie. Un recensement des modèles * actuellement disponible est effectué. Trois méthodes * de calculs de perturbations en fréquencielle sont étudiées. Une analyse des perturbations, en fonction des paramètres des modèles, permet l'identification des paramètres les plus sensibles et d'agir en conséquence pour améliorer le comportement CEM. Une dernière partie est consacrée à l'expérimentation d'un logicielle de conception de convertisseur en plein développement. Jusque là il n'est pas encore possible d'obtenir des résultats probants cependant de nombreuses erreurs ont pu être éliminer et des modifications significatives sont élaborées pour une prochaine version.

Les massifs en terre renforcés par géosynthétiques, à parement souple, sont couramment utilisés en France pour leur fonction de soutènement. L'étude présentée dans ce mémoire se focalise sur leur capacité à remplir également la fonction de portance lorsque le massif est chargé localement en tête. L'ouvrage rassemble ainsi toutes les fonctions d'une culée de pont. Une expérimentation en vraie grandeur est présentée en détail (programme GAR.D.E.N.) : deux différents profils instrumentés sont menés à la rupture à l'aide d'un chargement localisé en tête. Une méthode de prédimensionnement de ce type d'ouvrage est proposée. Il s'agit de l'adaptation de la méthode double-blocs basée sur le principe du calcul à l'équilibre limite. Cette méthode est en effet assez largement utilisée pour l'étude de la stabilité d'ouvrages non surchargés ou uniformément surchargés. Deux axes de développement sont abordés. D'une part le caractère déformable des renforcements est pris en compte. D'autre part, l'action localisée du chargement en partie supérieure du massif est modélisée par une nouvelle répartition de ces efforts qui assurent l'équilibre du massif renforcé surchargé. Ces approches sont satisfaisantes en comparaison aux données expérimentales.