Les objectifs de cette thèse se situent dans les domaines de l'élaboration et de la caractérisation du diamant dopé au bore ainsi que la réalisation par synthèse des différents éléments, de composants adaptés pour l'électronique de puissance. L'identification des défauts dans les couches homo-épitaxiées de diamant a été réalisée, et il à été en particulier montré que le pré-traitement plasma des substrats employés pour la croissance, peut se révéler comme une étape nécessaire dans le cadre de leurs éliminations. L'optimisation de la croissance de couches de diamant dopées au bore sur des substrats de type HPHT ou CVD a permis la synthèse de couches faiblement dopées dont les caractéristiques cristallines et électroniques étudiées par cathodoluminescence, et les propriétés de dopage et de transport analysées par C(V) et effet Hall, sont comparables à celles prédites par la théorie dans le cas de couches de grande pureté. La mise en oeuvre de diverses techniques permettant de définir l'architecture des composants a permis la fabrication de diverses diodes Schottky planaires ou mesa dont les propriétés électriques ont été étudiées pour mettre en évidence leurs caractéristiques, en particulier en termes de courant de fuite et tension de claquage supérieure à 1kV.

Le développement des convertisseurs haute tension pour les applications de traction ou de distribution électrique nécessite de travailler à la fois sur la réalisation de transistors IGBT à plus forts calibres en tension et sur leur association en série. L'objectif est d'obtenir des systèmes fiables et compacts, aspects critiques dans les applications embarquées par exemple. L'étude s'intéresse à la mise en série. Son originalité repose sur une évaluation d'une large palette de solutions avec un objectif d'intégration hybride élevée. Cette intégration génère d'importantes contraintes, que ce soit électrique ou thermique, entre autres, au sein des boîtiers. Les valeurs de ces contraintes et leur degré de couplage ont été étudiés. Le travail a été mené à l'aide de simulations éléments finis couplées à des mesures ceci afin de servir de base à une aide à la conception intelligente de boîtiers dans le futur.

Le travail présenté dans cette thèse concerne l'amélioration des performances d'un démonstrateur radar ultra large bande (ULB) pour la détection de mines dans le sol. Un générateur d'impulsions haute tension (HT) ultra brèves et d'un dispositif d'adaptation d'impédances (balun) destiné à être inséré entre le générateur 50 Ohm; et des antennes bifilaires 200 Ohm; sont particulièrement détaillés. Le premier chapitre présente les caractéristiques principales des radars ULB et une synthèse bibliographique des outils expérimentaux nécessaires pour l'ULB. Le second chapitre est consacré au générateur d'impulsions HT ultra brèves basé sur la technologie d'un commutateur à gaz pressurisé (hydrogène). Le principe de fonctionnement et les caractérisations d'atténuateurs réalisés pour ces expériences sont également reportés. Après divers paramétrages, le temps de montée des impulsions peut être réduit à 90 ps, la durée à mi-hauteur minimale est de 600 ps, la tension de sortie et la fréquence de répétition peuvent atteindre respectivement 30 kV et 2,5 kHz. Une simulation du dispositif est comparée aux résultats pratiques de commutation. Dans le chapitre 3, nous avons regroupé les études du balun et d'un amplificateur de tension pouvant alimenter le générateur car ces deux dispositifs sont deux transformateurs à lignes de transmission (TLT). Le principal défaut des TLT réside dans les pertes dues aux lignes secondaires. Nous avons solutionné ce problème par l'utilisation de ferrites dont nous explicitons le fonctionnement. Cette étude débouche sur la réalisation d'un TLT 10 étages de gain 10 et d'un balun dont la bande passante est comprise entre 30 kHz et 3 GHz. Une simulation de l'ensemble des résultats expérimentaux vient compléter l'interprétation des phénomènes. Enfin, dans le chapitre 4, les résultats d'essais réalisés en chambre anéchoïde portant sur l'ensemble du système d'émission ainsi que des perspectives relatives à l'évolution de l'ensemble sont présentés.

Les principaux objectifs du programme scientifique de l'experience ATLAS sont l'observation ou l'exclusion de physique au-delà du Modèle Standard, ainsi que la mesure de sections efficaces de production de processus du Modèle Standard. Pour ce faire, il est important de mesurer la luminosité au point d'interaction avec une grande précision. Dans l'experience ATLAS, la luminosité est extraite à l'aide de plusieurs détecteurs possédant des efficacités et acceptances géométriques variées. Différentes méthodes, telles que le comptage inclusif (ou en coïncidence) d'événements, ainsi que des mesures de courants intégrés provenant des calorimètres, sont calibrées et comparées afin d'assurer une détermination précise de la luminosité. Afin de permettre une comparaison additionelle et un meilleur contrôle sur les incertitudes systématiques liées à la détermination de la luminosité, une mesure indépendante utilisant le compartiment avant du calorimètre électromagnétique, basé sur la mesure du courant de son système haute-tension, a été développée. Ce document décrit comment la mise en route dud système haute-tension du calorimètre à argon liquide du détecteur ATLAS, ainsi que son application à une mesure de luminosité.

Cette étude a pour objet les décharges haute-tension nanoseconde dans l'air à des pressions supérieures ou égale à la pression atmosphérique, en géométrie pointe-plan, et leur application au déclenchement de combustion en mélange air/propane. Ces décharges fortement hors-équilibres sont susceptibles de former une concentration significative d'espèces réactives et nous analysons leur capacité à allumer un mélange combustible. Le générateur conçu est capable de fournir une impulsion de tension carrée de 40 à 80 kV avec un front de montée raide de 3 ns. A la pression atmosphérique, nous observons un type de décharge peu commun dans les précédentes études expérimentales de décharges couronnes : la décharge diffuse. On retrouve une décharge de type filamentaire en augmentant la distance pointe-plan ou en augmentant la pression, toutes choses égales par ailleurs. Nous mettons en avant par imagerie CCD rapide deux phases de développement de ces décharges, également analysées à l'aide de simulations COMSOL. Pour une pression de 1 bar, l'application de ces décharges à un mélange combustible air/propane provoque un allumage à la pointe, avec une énergie minimale de décharge de 8±2 mJ. L'inflammation est obtenue pour une impulsion de tension unique, et la richesse minimum pour l'obtenir est 0,7. La question de la contribution de l'apport radicalaire en comparaison de l'apport thermique à l'apparition du noyau de flamme se pose. L'analyse paramétrique basée sur l'effet de l'atome d'oxygène sur les délais d'inflammation montre qu'il est nécessaire de convertir entre 0,5 et 0,8% d'oxygène moléculaire pour pouvoir allumer à délai équivalent et avec 100 K de moins par rapport à une auto-inflammation. Par ailleurs, la température du gaz à 1 mm de la pointe a été mesurée par spectroscopie Raman spontanée, en collaboration avec le laboratoire CORIA (Rouen) : cette température reste proche de l'ambiante pour une énergie de 30 mJ et une concentration de propane de 1,7 %. Ainsi les radicaux jouent probablement un rôle non négligeable dans le déclenchement de combustion par décharge nanoseconde mono-impulsionnelle.

Les matériaux isolants organiques font l'objet de beaucoup d'études pour comprendre les mécanismes de vieillissement et déterminer les précurseurs des dégradations. Dans ce travail, le comportement sous contraintes électrique et thermique d'un isolant est suivi vis-à-vis de la génération et de l'évolution de charges d'espace ainsi que des mécanismes de conduction. Le matériau étudié est un composite à base de résine époxy. Il est utilisé sous forme chargé ou non chargé de silice, à des températures inférieures et supérieures à la température de transition vitreuse (Tg=65°C). La génération de charges d'espace à faible champ (2 kV/mm) a été observée. L'accumulation des charges injectées à partir des électrodes à 55°C ainsi que le rôle de l'eau dans la génération d'hétérocharges positives à 80°C ont été mis en évidence. De même, l'étude des mécanismes de conduction a montré une limitation du courant par le volume (modèle de conduction par saut) en-dessous de la Tg alors qu'à 80°C le courant est limité par l'injection de charges par effet Schottky aux électrodes. La caractérisation d'échantillons vieillis sous contraintes électriques et thermiques a montré des modifications à basse fréquence des propriétés diélectriques (e et tan d) au cours du vieillissement.

This thesis addresses the problem of frequency control in a power system composed of several non-synchronous AC areas connected by a multi-terminal HVDC grid. For this system, we propose three control schemes, two for primary frequency control and one for secondary frequency control. Based on remote measurements of the other areas' frequencies, the first control scheme modifies the power injections from the different AC areas into the DC grid so as to make the system collectively react to load imbalances. This collective reaction allows each individual AC area to downscale its primary reserves. The second control scheme has the same objective with the first one, but acts on the DC voltages of the HVDC converters. In particular, it modifies the DC voltage of each converter based on the frequency deviation of the AC area it is connected to. The last control scheme aims at restoring the frequencies and the power exchanges to their nominal or scheduled values in the aftermath of a power imbalance. It can be combined with the other two control schemes. Theoretical studies reveal the stability properties of the three control schemes. Simulation results on a benchmark power system with five AC areas confirm their good performance.

Mémoire (Sc.A.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1986. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

A l’heure où la miniaturisation des technologies CMOS sur substrat massif atteint des limites, la technologie FDSOI (silicium sur isolant totalement déserté) s’impose comme une alternative pour l’industrie en raison de ses meilleures performances. Dans cette technologie, l’utilisation d’un substrat SOI ultramince améliore le comportement des transistors MOSFETs et garantit leur intégrité électrostatique pour des dimensions en deçà de 28nm. Afin de lui intégrer de nouvelles fonctionnalités, il devient nécessaire de développer des applications dites « haute tension » comme les convertisseurs DC/DC, les régulateurs de tension ou encore les amplificateurs de puissance. Cependant les composants standards de la technologie CMOS ne sont pas capables de fonctionner sous les hautes tensions requises. Pour répondre à cette limitation, ces travaux portent sur le développement et l’étude de transistors MOS haute tension en technologie FDSOI. Plusieurs solutions sont étudiées à l’aide de simulations numériques et de caractérisations électriques : l’hybridation du substrat (gravure localisée de l’oxyde enterré) et la transposition sur le film mince. Une architecture innovante sur SOI, le Dual Gound Plane EDMOS, est alors proposée, caractérisée et modélisée. Cette architecture repose sur la polarisation d’une seconde grille arrière pour offrir un compromis RON.S/BV prometteur pour les applications visées. / Nowadays the scaling of bulk silicon CMOS technologies is reaching physical limits. In this context, the FDSOI technology (fully depleted silicon-on-insulator) becomes an alternative for the industry because of its superior performances. The use of an ultra-thin SOI substrate provides an improvement of the MOSFETs behaviour and guarantees their electrostatic integrity for devices of 28nm and below. The development of high-voltage applications such DC/DC converters, voltage regulators and power amplifiers become necessary to integrate new functionalities in the technology. However, the standard devices are not designed to handle such high voltages. To overcome this limitation, this work is focused on the design of a high voltage MOSFET in FDSOI. Through simulations and electrical characterizations, we are exploring several solutions such as the hybridization of the SOI substrate (local opening of the buried oxide) or the implementation in the silicon film. An innovative architecture on SOI, the Dual Ground Plane EDMOS, is proposed, characterized and modelled. It relies on the biasing of a dedicated ground plane introduced below the device to offer promising RON.S/BV trade-off for the targeted applications.

L'objectif de réduction de la consommation en kérosène des avions passant par une plus grande efficacité des systèmes, la distribution électrique devient un moyen privilégié pour satisfaire les besoins. Dans ce cadre, la notion d'avion « plus électrique » implique de revoir les systèmes de distribution et d'étudier, notamment, le passage en haute tension continue(HVDC). Une description générale des systèmes embarqués sur les avions civils est donnée dans ce manuscrit ainsi qu'une description des avantages et inconvénients des différents vecteurs énergétiques permettant de mieux situer les gains envisageables lors du passage à l'électrification des systèmes. Cependant, la mise en place de la distribution HVDC peut entraîner de nouveaux problèmes, notamment de qualité et/ou d'instabilité. Afin de palier ces problèmes, une architecture est proposée dans laquelle les équipements sont reliés entre eux par des coeurs de distribution eux-mêmes liés par des organes de transferts de puissances pouvant maîtriser ces transferts: on parle alors de réseau maillé. Pour pouvoir réaliser ces transferts, deux types d'équipements électroniques de puissance sont proposés : le DCPFC (Direct Current Power Flow Controler) et le MAPFC (Mixed function for Actuation and Power Flow Control). Ces équipements imposent une gestion énergétique spécifique: il faut déterminer les modes de fonctionnement des équipements ainsi que les références des puissances à transférer. Pour cela, une modélisation du réseau sous forme de graphe est effectuée, ceci se traduisant par un algorithme générique permettant de déterminer les équations structurelles du réseau ainsi que deux algorithmes servant à contrôler des grandeurs distinctes: Les grandeurs discrètes sont contrôlées par un système expert détenant un ensemble de règles de fonctionnement ; Les grandeurs continues sont gérées par un algorithme de recherche de flot dans un graphe. Après la mise en place en simulation de l'ensemble du réseau maillé, un banc d'essai expérimental valide les principes décrits théoriquement et permet l'étude de différentes gestions énergétiques (tout autant qu'il permet de tester un équipement seul ou le réseau dans une configuration non-maillée). Finalement, une exploitation des concepts sur un réseau répondant aux normes aéronautiques est développée. Ceci posant notamment des problèmes aux niveaux de la conception des équipements mais également sur l'architecture actuelle des réseaux électriques (connexion du neutre des générateurs, protection des personnes, compatibilité électromagnétique, etc.).