Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La conception de jeux de barres nécessite le développement de modèles et d'outils informatiques spécifiques à ce domaine du génie électrique afin d'être compatible avec les méthodes de dimensionnement existantes. Les principales grandeurs utiles lors d'une conception sont : les courants circulant dans chaque conducteur ainsi que les grandeurs directement liées aux courants telle que la puissance dissipée sous forme de pertes joules. Les autres grandeurs recherchées découlent de la connaissance du courant: l'induction magnétiques et les efforts éîectrodynamiques. Dans un premier temps une approche qualifiable de conventionnelle est menée afin d'obtenir des modèles pouvant être utilisés dans des environnements de dimensionnement. Cette approche permet de présenter les difficultés matérielles ou théoriques rencontrées avec ces méthodes. Dans un second temps l'approche proposée afin d'évaluer le courant électrique est présentée et validée à l'aide d'une maquette et de simulations éléments finis. Lorsque le courant est connu, il est possible de mettre en place les méthodes de calcul permettant d'évaluer l'induction magnétique ainsi que les efforts éîectrodynamiques, puis de valider ces calculs à l'aide de simulation éléments finis. Finalement la méthodologie d'optimisation est présentée et deux optimisations sur des cas réels sont présentées.

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La perspective de la production décentralisée nécessite de revenir à la modélisation fine des dispositifs électriques constituant le réseau, aux multiples principes de fonctionnement (moteur ou générateur, machines tournantes ou statiques, ...etc) et gammes de puissance. En effet, cet accroissement considérable de la taille des réseaux ne peut se faire au détriment de la sécurité des personnes et de la fiabilité des installations, La machine électrique n'est plus isolée et fait désormais partie intégrante du réseau électrique. C'est sur elle que portera principalement notre étude. La présence de nombreux harmoniques sur le réseau incite à disposer de modèles fréquentiels plus fins et valables sur une plus grande plage de fréquences. En outre, l'étude des réseaux sera facilitée si la matrice d'état du système est de taille raisonnable, autrement dit si le modèle comporte le plus petit nombre de paramètres possible. L'objectif premier de ce travail présenté dans ce mémoire est d'améliorer les modèles classiques des machines, en tenant compte de phénomènes physiques liés à la variation de fréquence, comme l'effet de peau. Ceci impose de partir des équations de Maxwell, décrivant tout phénomène d'induction et de remonter au schéma équivalent de la machine. Cette amélioration des modèles repose sur l'utilisation d'un outil mathématique récemment appliqué à d'autres domaines scientifiques : la dérivation non entière.

Les décharges capacitives basse pression sont couramment utilisées dans l'industrie des écrans plats pour le dépôt de couches minces sur des substrats de plus en plus grande surface. L'augmentation de la fréquence d'excitation (typiquement de 13.56 MHz à 200 MHz) produit des sources denses avec des ions peu énergétiques conduisant à l'augmentation de la vitesse des procédés. Cependant, les modèles théoriques prévoient de fortes non-uniformités du dépôt de puissance dans la décharge lorsque la longueur d'onde d'excitation est comparable à la taille du réacteur. Nous avons réalisé des mesures d'uniformité du flux d'ions et de l'énergie des ions dans une décharge capacitive carrée grande surface excitée de 13.56 MHz à 81.36 MHz dans l'argon jusqu'à 200 mTorr. A haute fréquence, le flux d'ions est fortement non uniforme à cause de l'effet d'onde stationnaire. L'énergie des ions est uniforme dans les mêmes conditions. L'influence de la pression et du mélange de gaz est aussi investiguée.

Ce travail est consacré à l'étude d'un problème de transmission d'ondes électromagnétiques dans des matériaux fortement conducteurs entourés d'un matériau diélectrique isolant. On analyse finement le phénomène de l'effet de peau à l'aide de l'analyse asymptotique et de la simulation numérique. On calcule un développement asymptotique multi-échelle à haute conductivité des solutions des équations de Maxwell tridimensionnelles en régime harmonique. Pour valider ce développement, on établit des estimations uniformes par sous-domaines des solutions de ces équations pour une conductivité assez élevée. Ces estimations ont motivé une étude préliminaire d'un problème de transmission scalaire pour lequel des estimations a priori sont démontrées grâce à la convergence normale d'un développement asymptotique. L'accord des formules théoriques avec les calculs numériques est remarquable et met en évidence l'influence de la géométrie de l'interface dans le phénomène de l'effet de peau.<br /><br />D'autre part, on étudie le comportement du champ électromagnétique dans une cellule biologique modélisée par un milieu entouré d'une couche mince et plongée dans un milieu ambiant. On calcule des conditions de transmission approchées sur le bord du domaine intérieur équivalentes à la couche mince.

La thèse porte sur l'excitation multifréquence dans les décharges capacitives basse pression utilisées pour la gravure en microélectronique. L'intérêt majeur que représente l'utilisation d'une décharge capacitive excitée à deux fréquences provient du fait qu'elle est susceptible d'offrir un contrôle indépendant entre l'énergie des ions et le flux des ions. Dans la première partie j'ai développé un modèle global analytique basé sur (i) un modèle d'une gaine de charge d'espace capacitive, inhomogène, et excitée à deux fréquences, (ii) un modèle de chauffage dans ces gaines (ohmique et stochastique). Les résultats de ce modèle montrent que le chauffage couple dans la gaine de charge d'espace la composante basse fréquence et la composante haute fréquence ce qui a pour conséquence que le flux et l'énergie des ions ne sont pas indépendants. Cette affirmation a été validée par l'obtention des lois d'échelles relatives à l'énergie des ions et au flux des ions. A haute fréquence nous pouvons voir la décharge comme la propagation d'une onde de surface du centre du plasma vers la périphérie à l'interface plasma-gaine de charge d'espace. Lorsque la longueur d'onde dans le plasma λ correspondant à la plus haute fréquence d'excitation est de l'ordre des dimensions des électrodes, alors des effets électromagnétiques apparaissent. Il s'agit de l'effet d'onde stationnaire (λ

Dans cette thèse nous présentons une étude des pertes de puissance en haute fréquence dans les rotors des machines synchrones à aimants permanent. Dans le cas des champs harmoniques temporels au rotor, nous avons montré par calcul éléments finis en 3D que la règle de segmentation des aimants présente une anomalie. Par conséquent, nous avons développé une étude sur l'efficacité de la segmentation à deux dimensions des aimants permanents, avec l'optimisation de la de segmentation des aimants afin de minimiser les pertes par courants de Foucault. Un simple critère est proposé mettant en évidence l'influence de l'effet de peau dans le calcul des pertes à haute fréquence. En deuxième lieu nous avons étudié les pertes rotoriques dues à la modification du champ fondamental par la denture statorique, Dans ce but nous avons proposé un modèle analytique représentant cette modification par un champ homogène dans une maquette 2D/3D. Ce modèle met en évidence l'influence des paramètres géométriques de la machine sur les pertes de puissance dans le rotor. Il était validé par calcul en éléments finis dans une couche mince. Le modèle analytique a donné les résultats acceptables en absence de l'effet de peau dans le cas des aimants longs. Par contre il reste à améliorer pour le calcul de pertes par denture dans les tôles du rotor.

Les développements des composants de l'électronique de puissance ont permis l'utilisation des associations onduleur de tension - machine asynchrone pour la traction ferroviaire et de ce fait un gain de performances important. Afin que l'accroissement des performances ne se fasse pas au détriment de la sécurité et de la fiabilité, une étude s'avère indispensable pour maîtriser les conséquences des éventuelles défaillances. L'accent est particulièrement mis sur la machine asynchrone car, assurant la conversion électromécanique, elle répercute le défaut vers la transmission mécanique, élément vital pour la sécurité. Ainsi, une étude par la méthode des éléments finis des courts-circuits triphasés d'un moteur de traction ferroviaire est menée. Elle conduit à des résultats remarquables: sursaturation du parcours des flux de fuite, déplacement de courant dans les barres, contraintes sur les barres de l'ordre de grandeur de la force centrifuge. Cette étude aboutit à la définition d'un schéma équivalent fin du moteur pour l'étude des régimes transitoires de grande amplitude et d'une formulation analytique extrêmement simple du court-:circuit triphasée faciliter l'interprétation physique. Enfin, une étude systématique des défauts de court-circuit des thyristors GTO de l'onduleur de tension est menée sur la base de la modélisation vectorielle de l'association, effectuant le lien entre l'état électromagnétique de la machine et les conditions du défaut. A chaque étape de l'étude, des procédures de validation expérimentale sont proposées. Finalement, de nombreuses avancées vers l'étude quantitative des régimes de défaut des associations onduleur de tension - machine asynchrone sont présentées dans ce mémoire.

Ce travail rend compte du développement de substrats à texture biaxiale pour les supraconducteurs à hautes températures critiques de seconde génération dit "coated conductor". Le substrat a été obtenu par un procédé de laminage recuit. Les matériaux utilisés sont des alliages industriels Cu55Ni44Mn (Constantan) et le Cu70Ni30. Comparativement au NiW généralement utilisé, ces cupronickels sont non magnétiques à 77 K et permettent donc des applications en courant alternatif ; ils sont en outre moins onéreux.<br />Des essais sur des laminoirs différents, avec ou sans lubrification et en modifiant le taux d'écrouissage ont permis de mettre en évidence des effets de peau et d'optimiser le procédé de déformation.<br />Les températures de recuit ont été choisies à la suite de caractérisations de texture avant et après le recuit ainsi que de mesures in-situ par diffraction de rayons X durs durant la montée en température.<br />Des laminages supérieurs à 98% et des recuits entre 900°C et 950°C en atmosphère protectrice ont permis d'obtenir des rubans ayant une forte texture cubique : désorientations hors du plan (DT) de 5° et dans le plan de 8°. Une partie de la surface est cependant maclée (entre 8% et 10%). Celle-ci entraîne localement de fortes désorientations.<br />L'état de surface a été contrôlé et amélioré par l'utilisation de rouleaux polis miroirs, l'optimisation des conditions de recuit (atmosphère et durée du palier) ainsi que l'ajout d'une étape d'électropolissage.<br />Des essais mécaniques et magnétiques ainsi qu'une étude d'oxydation ont été pratiqués pour vérifier le comportement du ruban dans les conditions d'utilisation comme dans les conditions rencontrées pendant les différents étapes de la réalisation du câble.<br />Le dépôt d'une couche d'oxyde protectrice LZO, sur le substrat a été réalisé avec succès. Les conditions d'un prétraitement sous atmosphère sulfurée, nécessaire à une bonne épitaxie de la couche, ont été déterminées : 1 h à 600°C avec un flux à 0,2 ppm d'H2S.<br />Enfin des essais sur le développement d'un alliage à barrière de diffusion in situ Cu Ni Y permettant de s'affranchir de la première couche tampon ont été menés.