Parmi les risques naturels et les catastrophes majeures, les tremblements de terre sont l'un des plus meurtriers, préjudiciables et imprévisibles de tous. Avec une constante augmentation de l'impact dans les économies des pays et dans le nombre de victimes, les tremblements de terre modernes coûtent des dizaines de milliards de dollars et tuent en moyenne 35000 personnes par an dans le monde.Avec l'étendue des dommages observés après les tremblements de terre d'intensité modérée à forte de ces dernières décennies, la sensibilisation auprès des catastrophes naturelles a considérablement augmenté. Il y a donc une demande croissante d'analyses détaillées des risques sismiques pour renforcer la préparation en amont et mieux planifier la réponse après les séismes. Cette évaluation des risques nécessite non seulement l'estimation de l'aléa sismique, mais aussi la représentation de la capacité des structures à résister face au mouvement du sol: tel est l'objectif des évaluations de la vulnérabilité sismique. En raison de la complexité inhérente à l'estimation de l'aléa, des vulnérabilités et leur interaction, la quantification du risque sismique est une tâche ardue, et estimer des impacts réalistes dus aux grands tremblements de terre ne peut se faire qu'approximativement.L'estimation de la vulnérabilité sismique des bâtiments à l'échelle urbaine, étant un élément crucial dans l'évaluation des risques, est elle-même une tâche longue, coûteuse et compliquée, en particulier dans les régions où l'aléa sismique est modéré à faible et où la mobilisation des ressources pour l'évaluation sismique est réduite même si le risque est non négligeable.Nous proposons dans la première partie de cette étude un moyen d'effectuer une estimation rapide à l'aide des données fiables du bâtiment. Ces données sont plus facilement disponibles au niveau régional que l'information habituellement exigée par les méthodes traditionnelles. Avec l'utilisation d'un ensemble de données du bâtiment existant à Grenoble (France), avec une classification EMS98 de la vulnérabilité, et en employant deux techniques de fouille de données différentes - Association Rule Learning et Support Vector Machine - nous avons développé des proxies de la vulnérabilité sismique. Ceux-ci ont été appliqués à la France entière en utilisant des informations de base à partir de bases de données nationales (information de recensement) et les données issues du traitement des images satellites et des photographies aériennes pour produire une carte de la vulnérabilité à l'échelle nationale. Cette méthode macroscopique pour évaluer la vulnérabilité est facilement applicable dans le cas d'un manque d'informations concernant les caractéristiques structurelles du parc immobilier.La partie qui clôture ce travail est préconisée pour le calcul des pertes liées aux tremblements de terre et à l'analyse et la réduction des incertitudes. L'estimation complète des scénarios de tremblement de terre avec un nombre probable de bâtiments endommagés dans une ville européenne typique est présentée par la suite. Une analyse complète des incertitudes est réalisée à chaque étape, et l'incertitude combinée finale est calculée. Les principales sources de variabilité sont représentées. Dans la dernière partie, l'évolution des dommages et des risques lorsque des améliorations structurelles sont affectées aux bâtiments est examinée. Des évaluations des pertes économiques sont effectuées pour la France en utilisant des cartes de risques réglementaires pour des différentes périodes de retour. En particulier, pour cinq villes françaises, le modèle de perte proposé est utilisé pour concevoir un plan de réaménagement et de modernisation du parc immobilier en réalisant des études coûts-bénéfices pour les différents types de plans d'intervention structurelle. Des scénarios d'investissements optimaux sont calculés, qui peuvent servir d'appui aux décisions stratégiques concernant l'atténuation du risque sismique en France. / Among the natural hazards and major catastrophes, earthquakes are one of the most deadly, damaging and unpredictable of all. With increasing impacts in countries' economies and casualties, modern earthquakes cost in average tens of billons of dollars and kill 35,000 people per year worldwide (USGS). The planet is experiencing the consequences of the large urban population growth of the last century.With the extensive damage observed after the moderate-to-strong earthquakes of the last decades, awareness of natural catastrophes has considerably increased. There is therefore, a growing demand for detailed seismic risk analysis to strengthen disaster risk mitigation and response. This risk assessment requires not only the estimation of the seismic hazard, but also the representation of the structures' capacity to withstand the seismic ground motion: this is the objective of seismic vulnerability assessments.Due to the inherent complexity of estimating hazard, vulnerabilities and their interaction, seismic risk quantification is a daunting task and estimating realistic impacts due to large earthquakes may only be done approximately.The estimation of the seismic vulnerability of buildings at an urban scale, while a crucial element in any risk assessment, is itself an expensive, time-consuming, and complicated assignment, especially in moderate-to-low seismic hazard regions where the mobilization of resources for the seismic evaluation is reduced, even if the hazard is not negligible. We propose in the first part of this study a way to perform a quick estimation using convenient, reliable building data that are readily available regionally instead of the information usually required by traditional methods. Using a dataset of existing buildings in Grenoble (France) with an EMS98 vulnerability classification and by means of two different data mining techniques - association rule learning and support vector machine - we developed seismic vulnerability proxies. These were applied to the whole France using basic information from national databases (census information) and data derived from the processing of satellite images and aerial photographs to produce a nationwide vulnerability map. This macroscale method to assess vulnerability is easily applicable in case of a paucity of information regarding the structural characteristics and constructional details of the building stock.The closing part of this work is advocated to the calculation of earthquake losses and to the analysis and reduction of uncertainties. A comparison between predicted and observed ground motions and intensities in France is presented, and prediction equations producing the smallest residuals are highlighted. The full estimation from earthquakes scenarios to probable number of damaged buildings in a typical European city is presented afterwards. A comprehensive analysis of uncertainties is carried on at every step, and the final combined uncertainty is calculated. The major sources of variability are depicted and recommendations on how to efficiently reduce them are proposed. In the last part, the evolution of damage and risk when structural improvements are performed to buildings is reviewed. Economic loss assessments are performed for France using regulatory hazard maps for different time horizons. In particular, for five French cities the proposed loss model is used to design retrofitting schemes by carrying out cost-benefit studies for different types of structural intervention plans. Optimal investment scenarios are calculated, which may support strategic decisions regarding the risk mitigation in France.

Dans ce mémoire, nous avons étudié les convertisseurs d’interface permettant l’interconnexion d’une source basse tension non linéaire et d’un bus DC moyenne tension. La source choisie, pour l’étude, était une pile à combustible de type PEM. La structure de puissance retenue correspondant à la mise en cascade d’un convertisseur entrelacé en entrée et d’un convertisseur trois niveaux en sortie. Afin de dimensionner au mieux le convertisseur global, nous avons proposé un modèle analytique permettant de connaitre l’ensemble des pertes dans le système en fonction du point de fonctionnement et de ses paramètres. Nous avons montré que l’ensemble des pertes dans le convertisseur peut être modélisé par deux résistances non linéaires dont l’estimation est possible à partir des modèles moyens du convertisseur. Une commande basée sur le concept de platitude des systèmes différentiels a été utilisée pour assurer les différentes contraintes du système tout en obtenant des propriétés dynamiques élevées en asservissement et en régulation. Dans la dernière partie du mémoire, nous nous sommes intéressés aux solutions permettant de satisfaire les contraintes sur le taux d’ondulation de courant en entrée du convertisseur. Nous avons proposé et dimensionné une nouvelle structure de convertisseur permettant de supprimer les ondulations de courant générées par le convertisseur de puissance. Ce filtre actif se connecte en parallèle avec le convertisseur de puissance. Des résultats expérimentaux ont permis de montrer que le taux d’ondulation de courant d’un convertisseur élévateur a été réduit, le taux d’ondulation de courant passant de 23.3% à 1.9% / In this thesis, we studied interface converters enabling the interconnection of a low voltage nonlinear source and a medium voltage DC bus. The source selected for the study was a fuel cell PEM. The chosen power architecture corresponds to a cascaded structure constituted with an interleaved Boost converter at input stage and a three-level Boost converter at output stage. To design the converter, we proposed an analytical model to know the total losses in the system according to the operating point and its parameters. We showed that all losses in the converter can be modeled by two nonlinear resistors. An estimation of these resistors, deduced from average model of the converter, is developed. A control based on the concept of differential systems flatness has been used for the proposed converter structure. It allows taking into account the different system constraints. High dynamic properties as regard to external perturbations or parameters variations are achieved. In the last part of the thesis, we investigate solutions to respect the constraints on the rate of input current ripple. We propose a new active filtering converter connected in parallel with the power one. We have shown that the ripple current of a boost converter was reduced, the ripple current being reduced from 23.3% to 1.9%

Dans le cas des installations photovoltaïques, l’onduleur est le premier élément défaillant dont il est difficile d’anticiper la panne, et peu d’études ont été faites sur la fiabilité de ce type de convertisseur. L'objectif de cette thèse est de proposer des outils et méthodes en vue d'étudier le vieillissement des modules de puissance dans ce type d'application en se focalisant sur les phénomènes de dégradation liés à des aspects thermomécaniques. En règle générale, le vieillissement accéléré des modules de puissance est effectué dans des conditions aggravées de courant (Cyclage Actif) ou de température (Cyclage Passif) pour accélérer les processus de vieillissement. Malheureusement, en appliquant ce type de vieillissement accéléré, des mécanismes de défaillances qui ne se produisent pas dans la vraie application peuvent être observés et, inversement, d'autres mécanismes qui se produisent habituellement peuvent ne pas apparaître. La première partie de la thèse se focalise donc sur la mise en place d'une méthode de vieillissement accéléré des composants semi-conducteurs des onduleurs photovoltaïques. Cela est fait en s’appuyant sur l’analyse des profils de mission du courant efficace de sortie des onduleurs et de la température ambiante, extraits des centrales photovoltaïques situées au sud de la France sur plusieurs années. Ces profils sont utilisés pour étudier les dynamiques du courant photovoltaïque, et sont introduites dans des modèles numériques pour estimer les pertes et les variations de la température de jonction des semi-conducteurs utilisés dans les onduleurs, en utilisant l’algorithme de comptage de cycles "Rainflow". Cette méthode est ensuite mise en œuvre dans deux bancs expérimentaux. Dans le premier, les composants sous test sont des modules IGBT. Les composants sont mis en œuvre dans un banc de cyclage utilisant la méthode d'opposition et mettant en œuvre le profil de vieillissement défini précédemment. Un dispositif in-situ de suivi d'indicateurs de vieillissement (impédance thermique et résistance dynamique) est également proposé et évalué. Le deuxième banc est consacré à l'étude de modules de puissance à base de MOSFET SiC. Le vieillissement est effectué dans les mêmes conditions que pour les modules IGBT et de nombreux indicateurs électriques sont monitorés mais, cette fois ci, en extrayant les composants de l'onduleur de cyclage. Les résultats obtenus ont permis de déterminer des indicateurs de vieillissement d’IGBT et de MOSFET SiC utilisés dans un onduleur photovoltaïque / In the case of photovoltaic installations, the DC/AC inverter has the highest failure rate, and the anticipation of its breakdowns is still difficult, while few studies have been done on the reliability of this type of inverter. The aim of this PhD is to propose tools and methods to study the ageing of power modules in this type of application, by focusing on ageing phenomena related to thermo-mechanical aspects. As a general rule, the accelerated ageing of power modules is carried out under aggravated conditions of current (Active Cycling) or temperature (Passive Cycling) in order to accelerate the ageing process. Unfortunately, when applying this type of accelerated ageing tests, some failure mechanisms that do not occur in the real application could be observed, while inversely, other mechanisms that usually occur could not be recreated. The first part of the PhD focuses on the implementation of an accelerated ageing method of the semiconductor devices inside photovoltaic inverters. This is accomplished by analyzing the mission profiles of the inverter’s output current and ambient temperature, extracted over several years from photovoltaic power plants located in the south of France. These profiles are used to study photovoltaic current dynamics, and are introduced into numerical models to estimate losses and junction temperature variations of semiconductors used in inverters, using the cycle counting algorithm “Rainflow”. This method is then performed in two experimental test benches. In the first one, the devices under test are IGBT modules, where the accelerated ageing profile designed is implemented using the opposition method. Moreover, an in-situ setup for monitoring ageing indicators (thermal impedance and dynamic resistance) is also proposed and evaluated. The second bench is devoted to study the ageing of SiC MOSFET power modules. The accelerated ageing test is carried out under the same conditions as for the IGBT modules with more monitored electrical indicators, but this time by disconnecting the semiconductor devices from the inverter. The results obtained allowed to determine several potential ageing indicators of IGBTs and SiC MOSFETs used in a photovoltaic inverter