Dans ce travail, l'auteur s'intéresse à la machine asynchrone à rotor bobiné alimentée par deux convertisseurs, l'un au stator et l'autre au rotor. La stratégie de commande développée est basée sur un contrôle vectoriel avec une orientation du flux rotorique, avec une loi de répartition de puissances actives entre le stator et le rotor. Cette loi de répartition de puissance donne lieu à une relation entre la pulsation des grandeurs statoriques et la pulsation des grandeurs rotoriques qui permet d'optimiser le dimensionnement de chaque convertisseur. Une commande sans capteur de vitesse ou de position est développée. La compensation du couple de charge permet d'assurer de bonnes performances avec une bonne robustesse vis-à-vis des variations paramétriques de la machine. L'étude de la reconfiguration du mode de fonctionnement de la MADA face à des défauts au niveau des onduleurs de tension, permet de dégager un avantage majeur de cette machine. En effet, la double alimentation permet d'éliminer l'onduleur défaillant et de fonctionner avec un seul onduleur. Les résultats de simulation présentés témoignent des bonnes performances de cette machine en présence de tels défauts.

Le travail présenté dans ce mémoire concerne le prototypage virtuel 3D des composants électromagnétiques d’électronique de puissance, par la technique des éléments finis. La démarche correspond à la volonté de disposer d’outils de simulation multiphysiques 3D toujours plusperformants, notamment dans le contexte de l’intégration en électronique de puissance. Il s’agit de mettre au point des méthodes et desprocédures adaptées à la caractérisation d’inductances, de transformateurs ou de coupleurs multiphasés haute fréquence, dans unenvironnement de conversion statique, avec des formes d’onde de tension et de courant non sinusoïdales. Cela nécessite de connaître le comportement harmonique des composants électromagnétiques sur une large gamme de fréquence, et de tenir compte des spécificités de réalisation comme l’utilisation de bobinages en technologie feuillard ou planar et de noyaux magnétiques en matériaux ferrite. Dans le premier chapitre de ce mémoire, une analyse des limitations actuelles des modèles analytiques et numériques des composants magnétiques HF en électronique de puissance est faite afin de définir les besoins les plus importants qui seront par la suite abordés. Dans cette optique, le choix de la plateforme ouverte de simulation multiphysique en 3D, par éléments finis, COMSOL Multiphysics, a été fait. En effet, l’objectif ici n’est pas de développer un nouveau code de calcul mais de mettre au point un outil de simulation adapté aux problématiques rencontrées en électronique de puissance. Le deuxième chapitre aborde le point très important de la détermination des pertes cuivre HF en tenant compte des effets fréquentiels tels que les effets de peau et de proximité. La problématique des bobinages feuillards ou planars est résolue par l’utilisation d’éléments coques spécifiques. Le troisième chapitre traite de la détermination despertes fer, à haut niveau d’excitation et pour des formes d’onde de champ non sinusoïdales. Sur la base d’abaques de densités de pertesfournies par les constructeurs de matériaux, deux méthodes de calcul sont proposées, l’une en cours de traitement et l’autre en posttraitement. La prise en compte de la non-linéarité est analysée ainsi que la problématique de l’existence localisée de champs tournants. Le quatrième chapitre aborde l’extraction virtuelle des paramètres électriques des composants électromagnétiques multiphasés et la définition de matrices d’impédances (inductances et résistances propres et mutuelles), en fonction de la fréquence. A l’exception des pertes fer non prise en compte ici, cette formalisation permet de traduire finement le comportement harmonique large bande des composants multiphasés. Finalement, le cinquième chapitre propose trois exemples d’utilisation de ce nouvel outil. Le premier exemple aborde ledimensionnement optimal et la caractérisation virtuelle d’un coupleur triphasé de forte puissance. Le deuxième exemple montre l’intérêt dela modélisation harmonique sous la forme de matrices impédances pour simuler le comportement d’un coupleur hexaphasé in-situ dans unconvertisseur de puissance. Enfin le troisième exemple montre la possibilité de lancer des campagnes d’études paramétriques automatisées pour étudier l’évolution d’un ou plusieurs paramètres dimensionnant afin de calculer des tables de réponses d’aide au dimensionnement.

In this work, reactive unsteady three-dimensional numerical simulations of a Chemical Looping Combustion (CLC) plant are performed. The plant is a 120 kWth pilot working with Ca-Mn-based material as selected oxygen carrier. Numerical simulations are performed by NEPTUNE_CFD code using an Euler-Euler approach which computes both the gas and the solid phases in an Eulerian fashion accounting for specific closures in order to model interphase mass, momentum and energy transfers. Reduction and oxidation heterogeneous (i.e. gas-solid) reactions are modeled by means of a grain model (shrinking core model in the grain) accounting for both the competing mechanisms of chemical reaction at the particle internal surface and gaseous diffusion through the product layer. Results from numerical simulations are validated against experimental measurements and analyzed in order to gain insight in the local behaviour of the reactive gas-particle flow in the CLC system. The theoretical/numerical tool developed in this work will be used for design upgrade recommendation in the stage of scaling-up from pilot to industrial facilities.

Ce travail s’intéresse à l’étude d’un système de pompage turbinage à vitesse variable avec une machine asynchrone doublement alimentée face aux perturbations de réseau électrique. L’objectif est d’assurer la continuité de service de cet élément stabilisateur de réseau électrique de sorte qu’il reste connecté au réseau même en cas de perturbations. Le contrôle du système dans les différentes phases de fonctionnement en mode sain a été tout d’abord développé ainsi qu'une étude de stabilité de système utilisant l’analyse modale. Les différents outils nécessaires pour cette analyse ont été tout d’abord mis en oeuvre. Ensuite, les limites de stabilité du système ont été étudiées tenant compte de la variation de longueur de ligne. Le comportement du système en présence des défauts a été par la suite étudié. Les défauts de réseau considérés sont les défauts symétriques et les défauts asymétriques. Une solution basée sur la modification de la stratégie de contrôle a été adoptée pour le cas des défauts symétriques et une solution basée sur l’ajout d’éléments au circuit de puissance a été adoptée pour les cas des défauts asymétriques. Un dispositif expérimental de 4kW a été mis en oeuvre pour la validation des développements menés dans le cadre de cette thèse.

Durant ces dernières décennies, les sources électromagnétiques se sont multipliées : l'exposition quotidienne de l'homme s'en est retrouvée considérablement accrue. L'étude des effets des champs sur l'organisme passe par une meilleure compréhension des phénomènes à l'échelle de la cellule, unité de base de l'être vivant. Nos objectifs dans le cadre de ce travail portent sur la caractérisation électrique des cellules et, plus précisément, des deux principaux compartiments cellulaires que représentent le cytoplasme et la membrane. A terme, l'objectif est de fournir les permittivités et conductivités de ces couches afin de renseigner les modèles qui seront utilisés pour la simulation de l'interaction champ-vivant. Lorsqu'une cellule est placée dans un champ électrique tournant (généré par des microélectrodes), elle tourne sur elle-même sous l'effet de polarisation des cellules : c'est le principe de l'électrorotation. Le sens et la vitesse de rotation dépendent des propriétés cellulaires et de la fréquence du champ. La mise au point d'une plateforme expérimentale dédiée et automatisée (génération du champ, acquisition et traitement des images, extraction des propriétés) a permis d'accéder aux propriétés électriques des différentes couches sur des levures et des liposomes à travers le tracé du spectre d'électrorotation. Plusieurs études ont permis de valider le fonctionnement de cette plateforme et d'évaluer l'impact des traitements thermique et enzymatique sur des levures ainsi que l'influence de la composition du milieu interne sur le spectre d'électrorotation de liposomes. Par ailleurs,une étude théorique portant sur l'identification paramétrique a montré qu'il est possible d'améliorer l'extraction de certains paramètres en se basant sur une analyse de sensibilité du spectre d'électrorotation à ces paramètres. La mise en place récente d'une salle de culture va permettre d'explorer une gamme plus large de cellules vivantes et d'étudier les effets de sources de champ magnétique sur celles-ci.

Les connexions au réseau Ethernet deviennent de plus en plus nombreuse dans le domaine domestique. Dans ce travail, la transmission par le réseau électrique domestique est privilégiée. C'est le principe des courants porteurs en ligne (CPL). Ce concept permet d'obtenir des débits de transmission pouvant être supérieurs aux transmissions Wifi. Cependant les performances peuvent être dégradées par l'environnement électrique et électromagnétique de l'habitat domestique. Ce mémoire a pour objectif de modéliser l'environnement électrique domestique et le comportement des équipements qui y sont déployés. Les différents types de bruit présents dans l'environnement domestique ont été modélisés afin d'estimer leur influence sur la qualité de transmission CPL. Une modélisation des lignes électriques a été effectuée sous la forme de circuits électriques propices à l'intégration dans les outils de simulation numérique de type SPICE. La modélisation d'un câble à deux conducteurs a été étendue un à trois câble à conducteurs. La présence des appareils électriques a un impact important sur la communication CPL. Ce mémoire présente deux approches pour modéliser les effets induits. Les bruits impulsifs périodiques et apériodiques sont modélisés pour compléter l'outil d'analyse développé.

Les Alimentations Sans Interruption sont utilisées pour assurer la qualité et la continuité de l'énergie fournie aux charges sensibles. Basées sur deux conversions d'énergie électrique, ces alimentations supportent en permanence la puissance de la charge, rendant crucial leur rendement. Cette thèse a exploré différentes voies d'amélioration du rendement du commutateur assurant la conversion : le choix des composants semi-conducteurs, celui de la structure de conversion et du mode de fonctionnement. Le filtrage a été pris en compte sans faire l'objet d'investigations poussées. La méthode d'estimation du rendement, exploitant des données des constructeurs, a permis de quantifier l'impact et les limites de chaque voie explorée. Plusieurs structures de conversion multi-niveaux en commutation douce ont été développées, utilisant un pôle résonant. Enfin, plusieurs expérimentations ont validé les modèles utilisés, le concept du pôle résonant et la réalisation d'un prototype fonctionnel de 125 kVA.

La libéralisation du marché de l'électricité a introduit plusieurs nouveaux sujets de recherche intéressants dans la zone du système électrique. Cette thèse aborde l'un des problèmes fascinants parmi eux: l'étude de la génération distribuée à la fois renouvelable et classique d'intégration dans les réseaux de distribution. De Gestionnaires de Réseau de Distribution (GRD) point de vue, il est intéressant de développer une méthodologie globale qui considère les différentes technologies de production décentralisée (GD) comme une option pour la fourniture à la demande. Dans cette thèse, le problème de planification a été modélisé avec la méthodologie de multi-objectif. Cela aidera le planificateur de la prise de décision tout en sachant les arbitrages entre les fonctions objectives. Afin de trouver le front de Pareto optimale du problème, un hybride génétique-immunes algorithme est proposé. La méthode floue satisfaisant est utilisé pour trouver la solution finale. Divers objectifs comme le coût, les pertes actifs, d'émissions et de la satisfaction de contraintes techniques ont été prises en compte. Les variables de décision sont les stratégies de renforcement des réseaux de distribution et aussi les décisions d'investissement concernant les modules GD, dans le cas où GRD peut investir dans des modules de DG aussi. Un autre aspect qui rend les modèles proposés plus flexible, est compte tenu des incertitudes sur les paramètres d'entrée. Les incertitudes des données d'entrée ont été traitées de trois manières différentes à savoir : probabiliste, possibiliste et finalement mélangés possibiliste-probabilistes. Dans cette thèse, deux types de modèles ont été développés: centralisé et dégroupé modèle de planification GD. Dans les deux modèles, le GRD est responsable de fournir un réseau fiable et performant pour ses clients sur son territoire. Dans le contexte de planification centralisée, le GRD est autorisé à faire des investissements dans les modules de la GD. Dans ce modèle, la taille optimale, nombre d'unités de la GD, l'emplacement, la technologie et de la GD, calendrier des investissements dans les modules de GD à la fois et les composants du réseau sont déterminés. Le modèle développé ne sera pas seulement utile dans le contexte de la planification centralisée, mais est également applicable aux marchés de l'énergie d'autres qui ont besoin pour évaluer, surveiller et guider les décisions des développeurs GD. Dans le modèle de planification de la GD dégroupé, le GRD n'est pas autorisé à prendre des décisions d'investissement dans les options de la GD. Les variables de décision du GRD sont limités à renfort de réseau, le placement de condensateurs, la reconfiguration du réseau et des technologies de réseau intelligent.

Cette thèse concerne l'étude des dispositifs d'électronique de puissance du point de vue de la modélisation. Ces derniers sont souvent constitués de conducteurs ayant des dimensions géométriques très hétérogènes (plaque à épaisseur faible devant la largeur et/ou la longueur par exemple) dont la modélisation est difficile. Les méthodes d'interactions proches, comme celle des éléments finis, sont mal adaptés car elle nécessite la discrétisation de la région air (maillage). Pour cette raison, les travaux ont été orientés vers l'utilisation et le développement des méthodes intégrales : méthode PEEC, méthode des moments magnétiques, méthode intégrale de volume, ces dernières étant particulièrement bien adaptées au calcul des interactions à distance... Les applications visées sont la modélisation de systèmes de conducteurs complexes associés à des masses ferromagnétiques (noyaux inductances par exemple) et à des blindages (carcasses d'armoires électriques par exemple). Ce type de structure se retrouve largement dans le domaine de l'électronique de puissance. Plusieurs formulations intégrales ont été proposées permettant la prise en compte des régions volumiques magnétiques et des régions minces conductrices et/ou magnétiques au sein de la méthode PEEC.

La réduction de la résistance à l'avancement par des techniques de contrôle active sera une nécessité d'importance croissante dans les années à venir pour le secteur des transports. Cette thèse fait partie d'une nouvelle voie de recherche consistant à utiliser des décharges plasmas à pression atmosphérique pour modifier les écoulements en vue d'améliorer les performances aérodynamiques (diminution de la traînée et augmentation de la portance). L'actionneur retenu est une décharge à barrière diélectrique surfacique avec un diélectrique composé d'une combinaison de deux matériaux polymères souples. L'écoulement induit par l'actionneur plasma, appelé vent ionique, est d'abord étudié expérimentalement dans l'air au repos en fonction du régime de la décharge. Une loi empirique liant la vitesse du vent ionique à la tension et à la fréquence de l'alimentation est proposée. De cette loi se dégagent une vitesse et une longueur caractéristiques utilisées pour prédire les principales propriétés du jet de paroi induit en aval de la décharge (lois d'échelle). L'efficacité de l'actionneur est ensuite testée en soufflerie subsonique pour trois configurations aérodynamiques de complexité croissante : couche limite laminaire non décollée (plaque plane), couche limite turbulente décollée (profil épais) et couche limite décollée 3D (corps de Ahmed, lunette inclinée à 25°). Des résultats significatifs tant sur le plan de la modification de la topologie de l'écoulement que de l'amélioration des efforts aérodynamiques sont obtenus pour des nombres de Reynolds jusqu'à 1,7.106 (35 m/s).