Les problématiques liées à la gestion de la chaleur sous capot sont importantes lors du développement de nouveaux véhicules terrestres. Jusqu’à maintenant, les approches les plus courantes pour les caractériser et s’assurer du bon comportement des véhicules étaient principalement expérimentales. Les test sont de plus en plus remplacés par des modèles numériques permettant un gain financier et de temps considérable. L’approche numérique est désormais répandue dans l’industrie automobile, et on l’applique ici dans le cas d’une motoneige afin de caractériser son comportement aérothermique, à l’aide de l’outil CFD. L’utilisation du modèle, validé à l’aide d’essais sur le terrain, permet alors l’optimisation des paramètres influençant la gestion thermique, et ainsi l’harmonisation des traitements acoustiques appliqués en vue d’une réduction de bruit tout en respectant les besoins de refroidissement de ces appareils.

Le développement des véhicules électriques est actuellement en plein essor. Par contre, l’utilisation de ces véhicules est encore limitée en grande partie dû aux problèmes associés à la batterie : coût élevé, faible autonomie, long temps de recharge et durée de vie incertaine. L’influence de la température d’opération sur ces aspects de la batterie est grande et doit être considérée dès les phases initiales de conception de ce type de véhicule. Ce projet présente donc un modèle transitoire du système de gestion thermique d’un véhicule récréatif rechargeable. L’objectif de ce modèle est d’évaluer différentes options et configurations du système de refroidissement afin de minimiser l’impact de la température sur les performances du véhicule.

L'augmentation de la densité de puissance des convertisseurs déénergie électrique nécessite une gestion thermique toujours plus performante. La thermique devient même l'élément dimensionnant de ces convertisseurs et est au centre des préoccupations des concepteurs. Le diamant présente des propriétés physico-chimiques exceptionnelles particulièrement adaptées à la gestion thermique des composants semi-conducteurs de l'électronique de puissance. C'est en effet le meilleur matériau isolant et conducteur thermique connu à ce jour. La possibilité de réaliser du diamant polycristallin de manière reproductible par synthèse CVD ouvre aujourd'hui à ce matériau un grand champ d'applications industrielles. Nous avons étudié les potentialités d'applications au domaine particulier de l'électronique de puissance. Nous avons tout d'abord développé une plateforme de simulation COMSOL qui nous permette d'évaluer différentes structures pour optimiser le système de refroidissement des composants d'électronique de puissance. Nous avons alors étudié deux solutions, l'utilisation d'un substrat diamant épais pour reporter les composants ou le dépôt direct d'une fine couche de passivation sur les composants en fin de fabrication. Nous avons ainsi développé une structure à substrat diamant et micropoteaux en cuivre qui permet d'extraire jusqu'à 800 W/cm² sous le composant pour un échauffement de 120°C. Cette structure a été réalisée technologiquement pour valider toute la démarche de simulation et conception. Ce prototype propose des performances particulièrement intéressantes pour l'intégration des convertisseurs d'électronique de puissance à haute densité de puissance. Nous avons également étudié la passivation des composants avec du diamant CVD en lieu et place du SiO2. L'intérêt d'une telle passivation est démontré en simulation et les différentes étapes de la réalisation technologique sont étudiées. Cette dernière partie met en évidence des difficultés qu'il faudra lever si l'on souhaite utiliser le diamant comme couche de passivation.

Les convertisseurs électroniques de puissance sont aujourd’hui très largement utilisés dans tous les domaines de la conversion d’énergie. Ils sont des outils désormais incontournables de tout processus de gestion des transferts de l’énergie électriques depuis les puissances les plus faibles (quelques mW) jusqu’à plusieurs dizaines voire centaines de MW. Le domaine de l’électronique de puissance subit actuellement une double mutation liée aux possibilités offertes par les technologies d’intégration d’une part et l’arrivée de nouveaux composants à semi-conducteur de puissance de type grand-Gap d’autre part.Dans cette thèse supportée par l’ANR, nous avons étudié et évalué les potentialités associées à l’intégration de composants de puissance traditionnels (Silicium) et à base de matériaux grands Gap (GaN). Nous avons, pour cela, développé des procédés de fabrication destinés à l’intégration de composants GaN à structure latérale et de composants Silicium à structure verticale. Le contexte applicatif de cette thèse est celui de l’accroissement du niveau d’électrification dans les avions de nouvelle génération.Pour les composants grand Gap de type GaN à structure latérale (basse tension), nous avons proposé un nouveau procédé de report sur substrat céramique (DBC) et nous avons démontré que cette solution permettait d’améliorer considérablement la gestion thermique de ces composants. Sur la base de ces structures, nous avons également présenté et évalué des méthodes de modélisation permettant la conception de ces dispositifs. Cette modélisation, utilisant des méthodes numériques de type éléments finis ou des méthodes analytiques, traite de deux aspects de la conception : la prédétermination du comportement thermique et la prédétermination du comportement électrique et CEM (en ce qui concerne les aspects conduits)Pour les composants à structures verticales (haute tension), nous avons démontré la faisabilité technologique d’une solution alternative aux packagings traditionnels (assemblage sur DBC et connexion par fils de Bonding). Le process proposé permet, par enterrement des puces dans le PCB, de réaliser une interconnexion 3D permettant de réduire les inductances parasites de boucle très largement dues aux inductances parasites des fils de Bonding. Ceci a pu être démontré sur un prototype de convertisseur complet. Ce procédé d’enterrement des puces s’avère donc particulièrement adapté dans le cas de composants à commutation très rapide. / Power Electronic converters are now widely used in all areas of energy conversion. They are tools that cannot be ignored in any process of managing electrical energy transfers from the lowest powers levels (a few mW) to several tens or even hundreds of MW. Power electronics technologies are currently undergoing a double mutation linked to the possibilities offered by integration technologies on the one hand and the arrival of new Wide-Band-Gap power semiconductor components on the other hand.In this thesis supported by the French ANR, we studied and evaluated the potentialities associated with the integration of traditional power components (Silicon) as well as those based on Wide-Band-Gap materials (GaN). We have developed new technological processes for the integration of GaN components with a lateral structure and silicon components with a vertical structure. The application context of this thesis is linked to the problematic of increasing the level of electrification in new generation of aircrafts.For Wide-Band Gap GaN type power devices with a lateral structure (low voltage), we proposed a new method of device-attachment to a metalized ceramic substrate (DBC) and we demonstrated that this solution made it possible to considerably improve the thermal management of these components. On the basis of these structures, we also presented and evaluated modeling methods allowing the design of the whole packaging. This modeling, using numerical tools based on finite element method or analytical equations, deals with two aspects of the design: the predetermination of the thermal behavior and the predetermination of the electrical and electromagnetic behavior (with regard to the conducted aspects)For components with vertical structures (high voltage), we have demonstrated the technological feasibility of an alternative solution to traditional packaging (assembly on a DBC substrate and electrical connection by wire bonding process). The proposed process allows, by embedding the power dies in the PCB, to carry out a 3D interconnection making it possible to reduce the parasitic loop inductances mainly linked to the parasitic inductances of the bondwires. This has been demonstrated on a converter prototype. Embedding power devices is thus particularly suitable in the case of components with very fast switching capabilities.

L'augmentation de la densité de puissance des convertisseurs d'énergie électrique nécessite une gestion thermique toujours plus performante. La thermique devient même l'élément dimensionnant de ces convertisseurs et est au centre des préoccupations des concepteurs. Le diamant présente des propriétés physico-chimiques exceptionnelles particulièrement adaptées à la gestion thermique des composants semi-conducteurs de l'électronique de puissance. C'est en effet le meilleur matériau isolant et conducteur thermique connu à ce jour. La possibilité de réaliser du diamant polycristallin de manière reproductible par synthèse CVD ouvre aujourd'hui à ce matériau un grand champ d'applications industrielles. Nous avons étudié les potentialités d'applications au domaine particulier de l'électronique de puissance. Nous avons tout d'abord développé une plateforme de simulation COMSOL qui nous permette d'évaluer différentes structures pour optimiser le système de refroidissement des composants d'électronique de puissance. Nous avons alors étudié deux solutions, l'utilisation d'un substrat diamant épais pour reporter les composants ou le dépôt direct d'une fine couche de passivation sur les composants en fin de fabrication. Nous avons ainsi développé une structure à substrat diamant et micropoteaux en cuivre qui permet d'extraire jusqu'à 800 W/cm² sous le composant pour un échauffement de 120°C. Cette structure a été réalisée technologiquement pour valider toute la démarche de simulation et conception. Ce prototype propose des performances particulièrement intéressantes pour l'intégration des convertisseurs d'électronique de puissance à haute densité de puissance. Nous avons également étudié la passivation des composants avec du diamant CVD en lieu et place du SiO2. L'intérêt d'une telle passivation est démontré en simulation et les différentes étapes de la réalisation technologique sont étudiées. Cette dernière partie met en évidence des difficultés qu'il faudra lever si l'on souhaite utiliser le diamant comme couche de passivation / The heat transfer is a major obstacle that limits the generalization of the power electronics. During recent years, components have higher performance and smaller size thanks to technological advances in electronic. However, the maximum operation temperature of silicon components has not changed for years. A lot of problems will appear due to the thermal limitation. Thus, electronic circuit design must be accompanied by a thermal study to validate the safe operation. The diamond has outstanding properties. It has several exceptional physical and chemical characteristics. This material is very interesting in plenty of application domains, such as electronics, mechanics, optics and telecommunications. This is the best material for electrical insulators (10MV.cm-1) and thermal conductors (2000W.m-1.K-1, five times more than copper). Nevertheless, the coefficient of thermal expansion of diamond is very close to that of silicon. These properties are particularly interesting in elaborating highly efficient thermal management systems in power electronics domain. In this study, we analyzed and quantified the advantages of the insertion of CVD diamond layer in the innovative thermal management assemblies. We also developed a specific model (We increased a layer of copper micro-pillars on the backside of the diamond substrate) to simulate the working environment of the component. In the simulation, we compared the use of a traditional substrate (AlN) with that of the diamond CVD one in order to confirm that using the diamond substrate reduced thermal resistance. By using MEMS micro-technology, the cooling performance of this structure has been greatly improved. This structure can achieve power dissipation more than 800W/cm². Using CVD diamond for efficient cooling of power devices could be a promising solution and is very interesting in embedded systems. This achievement in temperature range allows designers to increase the power density of system without concerning of heat dissipation and/or greatly extends the lifetime of the device. We also studied the passivation with CVD diamond instead of SiO2

On assiste aujourd’hui au développement massif des technologies nomades. L’utilisation de boîtiers compacts est ainsi en plein croissance, non seulement à cause des téléphones portables et tablettes, mais aussi à cause de l’introduction massive de l’électronique dans les appareils portables de la vie quotidienne. La microélectronique embarquée dans ces appareils représente le principal outil d’information et de communication des personnes avec le monde extérieur. Le rythme de développement de ces technologies dans les dernières années est tel que les possibilités d’utilisation des appareils portables d’aujourd’hui étaient de la science-fiction il y a seulement 10 ans.Les fonctionnalités qui verront le jour dans les années à venir ne peuvent donc pas toutes être encore imaginées. Ces fonctionnalités vont toutefois très certainement impliquer une augmentation des performances de calcul des dispositifs, et par conséquent de la chaleur qu’ils dissipent.Aujourd’hui, on envisage des puces complexes comprenant plusieurs niveaux logiques et basées sur technologies hétérogènes. On demande également que ces technologies soient intégrées dans les appareils utilisés dans la vie quotidienne, qu’ils soient connectés entre eux et qu’ils réagissent de façon intelligente. Les stratégies de dissipation de la chaleur doivent donc être en adéquation avec la réduction des dimensions des dispositifs de la microélectronique.L’objectif de la thèse présentée dans ce manuscrit est ainsi d’étudier les stratégies de dissipation thermique des boîtiers compacts avec l’aide de répartiteurs de chaleur intégrés. Ce travail porte sur la caractérisation des performances et contraintes des répartiteurs thermiques avec matériaux carbonés. Les répartiteurs sont capables de dissiper sur sa surface la chaleur produite dans un point chaud.Afin d’étudier le phénomène de la dissipation avec un répartiteur, on a mis en place une méthodologie qui prend en compte le caractère multiniveau de la dissipation thermique. L’objectif est de pouvoir se concentrer sur l’interaction entre le répartiteur thermique et chacun des éléments de l’ensemble. On a réutilisé deux véhicules de test et on a désigné un véhicule de test spécifique pour l’étude de la thermique des puces imageurs.Les travaux sont basés sur deux axes : Les études d’intégration et les études thermiques. Les études d’intégration prennent en compte les contraintes dérivées de l’implémentation des couches répartiteurs dans des boitiers compactes. On se concentre d’abord sur les procès d’implémentation des couches répartiteurs au sein de l’ensemble dans un procès industriel. Ensuite on étudie les effets thermomécaniques et les effets sur l’intégrité des signaux à haute fréquence.Les études thermiques caractérisent le gain en performances dérivé de cette intégration. On analyse ces phénomènes thermiques avec des mesures et des simulations. Premièrement au niveau silicium et répartiteur, deuxièmement au niveau boitier et finalement on se concentre sur les effets dans une puce et boitier imageur.A la lumière des résultats on peut dire que les matériaux carbonés se présentent comme l’alternative plus intéressante pour l’implémentation à grande échelle de répartiteurs dans des boitiers compacts. Cette implémentation sera poussée par la recherche des prestations dans des boitiers de plus en plus complexes et hétérogènes, ou l’empreinte du répartiteur doit être minimale. La combination des couches de carbone a tous les niveaux du boitier, avec des TIMs des épaisseurs réduites sera la tendance dans les années à venir pour ce type de dispositifs.Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration tripartie entre le CEA-LETI de Grenoble, le laboratoire G2Elab de l’INP Grenoble et STMicroelectronics à Crolles. / We witness today an explosion of nomadic technologies. Portable devices have become the main tool that people use to connect with the rest of the world. The microelectronics embedded in these devices is the technology that drives this process. The pace of development of these technologies is such that the versatility of portable devices today were science fiction only 10 years ago.The functionalities that will be integrated in the coming years cannot be imagined yet. These features will imply an increase of the computing demands, and consequently, of the heat dissipated inside them. The trend leads to complex stacks with heterogeneous modules of heat dissipating layers.These technologies will be integrated in everyday life. Internet of Things, as we call it, will demand an increasing amount of independent low footprint devices that will be connected. Heat dissipation strategies must therefore be compatible with increasingly smaller dimensions. Compact packages demand is growing rapidly, not only because of telephones and tablets, but also because of the massive introduction of electronics into in everyday life devices.The objective of the thesis is to study the integration of heat-spreaders in compact packages to enhance its thermal performance. This work goes deeply in the characterization of the thermal performance of carbon-base heat spreaders. Heat-spreaders are able to extract the heat produced in hot spots and transport it along its surface.In order to study the heat spreading phenomenon, a methodology that takes into account the multi-level nature of heat dissipation has been implemented. The objective is to be able to focus on the interaction between the heat-spreader and each one of the elements of the package stack. Two test vehicles have been re-used from previous works. A specific test vehicle was also design in order to emulate the thermal behavior of imaging sensors.The thesis is based on two main axes: Integration studies and thermal studies. The integration studies take into account the constraints derived from the implementation of heat spreaders in compact packages. Firstly, we focus on the implementation processes within an industrial process. Latelly, we study the thermomechanical effects of heat spreaders and the impact on the integrity of high frequency signals.Thermal studies are aimed to characterize the performance gain derived from this heat spreader integration. The thermal phenomena are analyzed with measurements and simulations. First at silicon and interface level, then at package level, finally we focus on the effects in image sensor die and package.In the light of the results it can be said that carbon based materials are the most interesting alternative for large-scale implementation of heat spreaders in compact packages. This implementation will be driven by the research of new functionalities and performances in compact packages. The heat spreader will have to perform while maintaining a minimal footprint. The combination of carbon layers at all package levels, along with reduced thermal interface thickness will be the trend in the coming years for this type of device.This thesis is part of a tripartite collaboration between the CEA-LETI of Grenoble, the G2Elab laboratory of the INP Grenoble and STMicroelectronics in Crolles.

L'intégration d'un accumulateur de chaleur dans les systèmes de refroidissement d'un véhicule permet d'optimiser la gestion thermique du groupe motopropulseur et ainsi de réduire la consommation et les émissions polluantes du véhicule. L'intérêt d'un tel accumulateur réside dans sa capacité à stocker / déstocker de l'énergie dans des matériaux à changement de phase (PCM) avec des puissances échangées en adéquation avec les besoins de l'automobile. La problématique scientifique concerne l'intensification, dans un volume restreint, des transferts thermiques dans le matériau de stockage. Le recours à des échangeurs compacts et l'optimisation de la géométrie des ailettes du côté du PCM permettent d'une part de maximiser la puissance échangée grâce à l'augmentation de la surface d'échange avec le PCM et d'autre part d'optimiser la capacité énergétique en améliorant le taux de remplissage en PCM. Le problème est abordé ici de deux façons : théorique, par le développement d'un modèle numérique d'optimisation, puis expérimentale, par la mise au point d'un banc d'essai et de prototypes. Le modèle numérique, validé à partir d'essais, a servi à optimiser la conception de l'accumulateur de chaleur. Enfin, l'intégration de ce composant dans un module de refroidissement pour améliorer la montée en température du groupe motopropulseur a montré des gains significatifs sur le temps de fonctionnement à froid du moteur, réduisant ainsi les émissions polluantes. / Integration of heat accumulator within engine cooling systems allows to optimize powertrain thermal management and to reduce vehicles consumption and pollutant emissions. Interest of such accumulators lies in their capacity to store and release energy within phase change materials (PCM) with powers in accordance with the automotive needs. Scientific problem concerns heat transfer enhancement, for a limited volume, in a phase change material. The use of compact heat exchangers filled with PCM and the optimization of fin design allow to maximize heat transfer thanks to extended heat transfer area with PCM. On the other hand, energy storage capacity is optimized by increasing PCM volume ratio. The problem is approached by two ways: theoretically, by the development of a numerical model of optimization, and experimentally, by the development of a test bench and several prototypes. The numerical model of heat accumulator, validated with test results, was used to run a parametric study to optimize the conception of the heat accumulator, in particular the fin design. Finally, integration of this new component within the cooling system in order to improve the warm-up of the powertrain has shown significant gains on the functioning time of engine during cold start, leading to reduced pollutant emissions.

Les nouveaux composants à semi-conducteur de type grand gap ont été développés pour des applications de conversion de puissance en raison de leurs hautes fréquences de commutation (de centaine kHz à quelques MHz) et pertes faibles. Afin de bien profiter ses avantages, la technologie des circuits imprimés (PCB) est intéressante pour une intégration à haute densité de puissance grâce à sa flexibilité et son faible coût. Cependant, à cause de la mauvaise conductivité thermique du matériau FR-4 utilisé pour le substrat PCB et la haute densité de puissance réalisée, il est primordial de trouver des solutions thermiques pour améliorer les performances thermiques de la structure de PCB. Dans cette thèse, trois solutions thermiques pour les structures de PCB ont été proposées, y compris des solutions avec des vias thermiques, de cuivre épais sur le substrat de PCB ainsi que des dispositifs de refroidissement thermoélectrique (TEC). Nos études sont basées sur la modélisation électrothermique et la méthode d’éléments finis en 3D. Tout d’abord, l’optimisation des paramètres des vias (diamètre, épaisseur de placage, surface formée par des vias, la distance entre des vias etc.) a été réalisée pour optimiser l’effet de refroidissement. Ensuite, on constate que les performances thermiques des structures de PCB peuvent être améliorées en utilisant cuivre épais sur le substrat de PCB. Cuivre épais augmente le flux thermique latéral dans la couche de cuivre. Les influences de l’épaisseur de cuivre (35 à 500 µm) ont été étudiées. Cette solution est facile à réaliser et peut être combinée à d’autres solutions de refroidissement. Enfin, le dispositif thermoélectrique comme les modules Peltier est une technologie de refroidissement local. Les influences des paramètres de Peltier (Propriétés du matériau thermoélectrique, nombre d’éléments Peltier, distance entre la source de chaleur et les dispositifs Peltier, etc.) ont été identifiées. Il est démontré que des modules Peltier ont l’application potentielle pour le développement d’intégration de PCB attendu que son active contrôle des températures. / The emerging wide bandgap (WBG) semiconductor devices have been developed for power conversion applications instead of silicon devices due to higher switching frequencies (from few 100 kHz to several MHz) and lower on-state losses resulting in a better efficiency. In order to take full advantage of the WBG components, PCB technology is attractive for high power density integration thanks to its flexibility and low cost. However, due to poor thermal conductivity of the commonly used material Flame Retardant-4 (FR4), efficient thermal solutions are becoming a challenging issue in integrated power boards based on PCB substrates. So it is of the first importance to seek technological means in order to improve the thermal performances. In this thesis, three main thermal management solutions for PCB structures have been investigated including thermal vias, thick copper thickness on the PCB substrate as well as thermoelectric cooling (TEC) devices. Our studies are based on the electro-thermal modeling and 3D finite element (FE) methods. Firstly, optimization of the thermal via parameters (via diameter, via plating thickness, via-cluster surface, via pattern, pitch distance between vias etc.) has been realized to improve their cooing performances. We presented and evaluated thermal performances of the PCB structures by analyzing the thermal resistance of the PCB substrate with different thermal vias. Secondly, it is found that thermal performances of the PCB structures can be enhanced by using thick copper thickness on top of the PCB substrate, which increases the lateral heat flux along the copper layer. Influences of the copper thickness (35 µm to 500 µm) has been discussed. This solution is easy to realize and can be combined with other cooling solutions. Thirdly, thermoelectric cooler like Peltier device is a solid-state cooling technology that can meet the local cooling requirements. Influences of Peltier parameters (Thermoelectric material properties, number of Peltier elements, distance between the heating source and the Peltier devices etc.) have been identified. All these analyses demonstrate the potential application of Peltier devices placed beside the heating source for PCB structures, which is a benefit for developing the embedding technology in such structures.

La montée en puissance des systèmes de production de l'énergie électrique, à partir de centrales éoliennes ou photovoltaïques, a fait apparaître un besoin aigu en moyens de stockage de cette énergie. Les technologies d'accumulateurs électrochimiques sont à même de répondre à cette problématique, en particulier les batteries sodium chlorure de nickel, une technologie d'accumulateur à haute température. Mais afin de gérer au mieux les performances de ces batteries, il est nécessaire d'avoir une connaissance approfondie du comportement électrothermique des cellules unitaires les composant. Ce travail de thèse présente en détail le développement d'un modèle multiphysique 2D d'une cellule Na-MCl2 commerciale, à même de simuler son fonctionnement en décharge à courant constant. Ce modèle a été construit sur une étude approfondie des mécanismes électrochimiques à l'œuvre dans ce type de technologie, et des effets thermiques associés. Il repose également sur la synthèse et la critique des modèles proposés précédemment dans la littérature. Le modèle inédit proposé dans ce manuscrit permet de prendre en compte deux réactions électrochimiques simultanées, ainsi que le comportement thermique de la cellule. Le modèle a été validé en confrontant les résultats de simulations aux performances électriques réelles d'une cellule commerciale Na-MCl2 (incluant une caractérisation des phénomènes électrochimiques par voltammetrie cyclique). Ce modèle permet de simuler avec succès des décharges à courant constant à différents régimes, et à partir de différentes températures. Il est également capable de prévoir les effets électrothermiques qui seraient consécutifs à un changement de design de la cellule (design structurel et de constitution). / The growing production capacity of wind turbines or photo-voltaic plants has revealed an acute need for electric energy storage systems. Electrochemical accumulator technologies are able to address this issue, in particular sodium nickel chloride batteries, a high temperature battery system. But to enhance the energy management of these batteries, it is necessary to have a deep knowledge of the electro-thermal behavior of its unit cell component. This thesis presents the development of a comprehensive multiphysics 2D model of a commercial Na-MCl2 cell, able to simulate its operation in constant current discharge. This model was built on a thorough study of electrochemical mechanisms at work with this type of technology, and its associated thermal effects. It is also based on the synthesis of existing models, and their critique. The new model proposed in this manuscript can take into account two simultaneous electrochemical reactions, as well as the thermal behavior of the cell. The model was validated by comparison between simulation results and the actual electrical performances of a commercial Na-MCl2 cell (including the characterization of electrochemical phenomena by cyclic voltammetry). This model successfully simulates constant current discharges at different rates, and from different temperatures. It is also capable of predicting the electro-thermal effects consecutive to design changes of the cell (structural and relevant to the active material).

La maîtrise de la gestion thermique du moteur à combustion interne permet de répondre à des problématiques telles que la réduction de la consommation de carburant et des émissions de polluants. Cette gestion peut être réalisée par des systèmes mécatroniques, plus précisément grâce à une vanne électromécanique multivoie, appelée ACT valve (Active Cooling thermo-management valve), permettant de mettre en œuvre une stratégie de gestion thermique lors du contrôle des températures dans différentes branches du circuit de refroidissement du moteur thermique.L’objectif du travail est d’améliorer la robustesse du processus de conception de cette vanne en tenant compte des contraintes fonctionnelles multi-physiques telles que la déformation, l’usure, mais aussi de contraintes de fabrication et de tolérancement géométrique liées au processus d’injection des pièces thermoplastiques. Ces incertitudes doivent être prises en compte dès la phase de la conception pour assurer l'efficacité et la fiabilité de ces vannes jusqu'à la fin de leurs vies.Ces travaux de thèses proposent tout d’abord une nouvelle méthode de conception de ces vannes qui se base sur des modèles numériques multi-physiques permettant à tous les métiers d’avoir une base de données commune. Validés expérimentalement, Ces modèles ont permis de mettre en évidence la sensibilité de certains paramètres géométriques sur le couple développé par l’actionneur de la vanne et de s’assurer de la fiabilité du système par la prédiction de l’usure sur un des éléments clés de l’ACT valve.Bien que l’analyse de sensibilité nous ait permis de comprendre l’influence de certains paramètres sur le système, nous avons proposé une nouvelle technique d’identification des configurations optimales du design de cette vanne en utilisant une méthode d’optimisation méta-heuristique multi-objectifs. Les suggestions de conception offertes par cette méthode permettent de réduire le couple résistant sur l’actionneur de la vanne ainsi que l’encombrement global du système. / The thermal management of the internal combustion engine can solve issues related to fuel consumption reduction and pollutant emissions. This management can be applied using mechatronic systems, more precisely thanks to a multi-way electromechanical valve, called ACT valve (Active Cooling thermo-management valve), that presents a thermal management strategy when controlling temperatures in different branches of the engine cooling circuit.The aim of this work is to improve the robustness of the design process of this valve taking into account the multi-physical functional constraints such as deformation, wear, but also geometrical tolerances constraints related to the thermoplastic parts manufacturing process. These uncertainties must be taken into account in the first steps of the design phase to ensure the effectiveness and reliability of this valve over its lifetime.This work first proposes a new method of designing these valves, which is based on multi-physical modeling, allowing the product designers to have a common database. Experimentally validated, these models made it possible to highlight the sensitivity of certain geometrical parameters on the torque developed by the actuator of the valve and to make sure of the reliability of the system with wear prediction on one of the key elements of ACT valve.Although the sensitivity analysis allowed us to understand the influence of certain parameters on the system, we proposed a new technique for identifying optimal configuration configurations of this valve using a metaheuristic, multi-objective optimization method. The design suggestions offered by this method can reduce the resistive torque on the valve DC-actuator as well as the overall packaging.