Ces travaux de thèse portent sur la détection de défauts non francs dans des structures filaires particulières : les lignes de transmission a multiconducteurs (MTL), aussi appelées torons de câbles. Couramment employées pour le diagnostic de réseaux filaires, les méthodes par réflectométrie ne sont, pour l'heure, pas suffisamment performantes pour détecter de tels défauts. Par ailleurs, elles n'ont, en général, été étudiées et développées que pour des lignes simples, ou les phénomènes de couplages électromagnétiques entre les conducteurs (diaphonie) ne sont pas présents. Ces derniers sont cependant porteurs d'information supplémentaire sur l'état du câble. Les utiliser permettrait d'accroître la sensibilité de détection aux défauts. L'objectif est de proposer une nouvelle méthode de réflectométrie, tirant profit des signaux de diaphonie pour détecter les défauts non francs. Une telle méthode présente également l'avantage d'être adaptée aux structures en toron. Après avoir étudié l'impact d'un défaut non franc sur les paramètres caractéristiques d'une MTL et sur les signaux de diaphonie, une méthode, la "Cluster Time Frequency Domain Reflectometry ", a pu être proposée. Il s'agit d'un procédé en trois étapes. Des mesures par réflectométrie temporelle sont tout d'abord réalisées à l'entrée de la ligne à diagnostiquer. Tous les signaux présents, y compris ceux de diaphonie, sont enregistrés. Un traitement temps-fréquence leur est ensuite appliqué afin d'amplifier la présence d'éventuels défauts. Enfin, un algorithme de clustering, spécifiquement développé pour le diagnostic filaire, est utilisé de manière a bénéficier de l'ensemble de l'information disponible / Research works presented in this thesis rely on detecting soft faults (incipient faults) in specic wiring structures : multiconductor transmission lines (MTL), also known as bundles of wires. Reflectometry methods, often used for the diagnosis of wiring networks, aren't for now efficient enough at detecting such defects. Besides, they have been designed for single lines only, where electromagnetic coupling between conductors (crosstalk) is not to be considered. However such phenomenon can provide more information about the state of the cable. Using this information could enable us to detect soft faults more easily. Our goal is to propose a new reflectometry method, which takes advantage of crosstalk signals in order to detect incipient faults. Such a tool has also the advantage of being well-adapted to bundles of cables. Thanks to the preliminary study of the impact of soft faults on the characteristic parameters of a MTL and on crosstalk signals, a method called "Cluster Time Frequency Domain Reflectometry ", has been proposed. It is a three step process. Firts temporal reflectometry measurements are made at the beginning of the line under test. All the available signals, even crosstalk ones, are recorded. A time-frequency process is then applied on them, in order to amplify the presence of defects. Finally, a clustering algorithm, that has been specically developed for wiring diagnosis, is used to benefit from the whole available information

L'étude et la modélisation des réseaux d'alimentation électrique de tramway demandent d'adopter une démarche globale de type système. En effet, la présence de nombreuses structures d'électronique de puissance au sein de ces réseaux modifie fortement leur topologie et leur fonctionnement. Les méthodes de modélisation retenues sont ainsi en rupture par rapport aux approches traditionnelles, puisqu'une analyse complète d'un réseau ne peut être dissociée de l'étude de ses éléments constitutifs. Afin de répondre aux enjeux du monde des tramways, le mémoire apporte tout d'abord des méthodes adaptées pour modéliser les lignes de transmission et les transformateurs de sousstation. Deux niveaux d'analyse sont ensuite abordés : un premier dans le domaine temporel (analyse d'un réseau expérimental de tramway), puis un second dans le domaine fréquentiel (développement d'un outil d'estimation spectrale, permettant de calculer les spectres du système de manière exacte).

L'étude et la modélisation des réseaux d'alimentation électrique de tramway demandent d'adopter une démarche globale de type système. En effet, la présence de nombreuses structures d'électronique de puissance au sein de ces réseaux modifie fortement leur topologie et leur fonctionnement. Les méthodes de modélisation retenues sont ainsi en rupture par rapport aux approches traditionnelles, puisqu'une analyse complète d'un réseau ne peut être dissociée de l'étude de ses éléments constitutifs.Afin de répondre aux enjeux du monde des tramways, le mémoire apporte tout d'abord des méthodes adaptées pour modéliser les lignes de transmission et les transformateurs de sous-station. Deux niveaux d'analyse sont ensuite abordés : un premier dans le domaine temporel (analyse d'un réseau expérimental de tramway), puis un second dans le domaine fréquentiel (développement d'un outil d'estimation spectrale, permettant de calculer les spectres du système de manière exacte).

Cette thèse présent quelques nouveaux algorithmes de localisation de défaut pour des lignes de transport d'énergie. Ces algorithmes sont basés sur un modèle de ligne avec des paramètres distribués, qui explique en soi la capacité de shunt et la nature distribuée des pertes de ligne. Dans quelques parties de cette thèse, la dépendance des paramètres de la ligne de la fréquence est prise en compte et un nouvel algorithme de localisation de défaut est proposé selon un tel modèle de ligne. Récemment, quelques efforts de recherches ont été concentrés sur des techniques de localisation de défaut dans les lignes de transmission compensées série. Dans cette thèse on propose deux nouveaux et précis algorithmes de localisation de défaut pour de tels systèmes. L'algorithme se sert de deux routines pour l'évaluation de la distance de défaut, 1' un pour le défaut en aval du condensateur série et l'autre pour le défaut en amont du condensateur série. Puis un procédé spécial pour choisir la solution correcte est utilisé. Des échantillons de tensions et de courants aux deux extrémités de la ligne sont pris synchroniquement et employés pour calculer le point du défaut. L'exactitude des algorithmes proposés n'est pas sensiblement affectée par résistance de défaut et angle de commencement de défaut et n'exige aucune connaissance des impédances de source. Dans la dernière partie de cette thèse nous présentons un nouvel algorithme de localisation de défaut utilisant la logique floue de type de Takagi-Sugeno pour fournir une bonne estimation du point de défaut. Les résultats de simulation confirment que l'approche logique floue peut être utilisée comme une alternative efficace pour la localisation précise du défaut dans les lignes de transmission.

Les travaux effectués pendant la thèse ont principalement porté sur la modélisation et le calcul du comportement haute-fréquence (HF) des câbles électriques. Ces phénomènes physiques mis en jeu combinent les effets capacitifs et inductifs ainsi que les effets de peau et de proximité. Pour prendre en compte de ces comportements, nous utilisons une approche basée sur des circuits équivalents à base aux paramètres linéiques qui varient en fonction de la fréquence. La détermination des éléments du schéma équivalent a été effectuée en résolvant des problèmes d'électrostatique et de magnétoharmonique en utilisant la méthode des éléments finis. Ensuite, nous avons travaillé sur la méthode des lignes de transport (TLM) associée à une approche modale pour déterminer les fréquences de résonance du système en prenant en compte les interconnexions aux extrémités du câble. Nous avons mis en œuvre la méthode ci-dessus pour plusieurs types de câble électrique : bifilaire blindé, blindé de 4 conducteurs, AC triphasée et enfin HVDC. Le comportement HF de ces câbles a été étudié en utilisant l'approche développé.

Ces travaux de thèse portent sur la détection de défauts non francs dans des structures filaires particulières : les lignes de transmission a multiconducteurs (MTL), aussi appelées torons de câbles. Couramment employées pour le diagnostic de réseaux filaires, les méthodes par réflectométrie ne sont, pour l'heure, pas suffisamment performantes pour détecter de tels défauts. Par ailleurs, elles n'ont, en général, été étudiées et développées que pour des lignes simples, ou les phénomènes de couplages électromagnétiques entre les conducteurs (diaphonie) ne sont pas présents. Ces derniers sont cependant porteurs d'information supplémentaire sur l'état du câble. Les utiliser permettrait d'accroître la sensibilité de détection aux défauts. L'objectif est de proposer une nouvelle méthode de réflectométrie, tirant profit des signaux de diaphonie pour détecter les défauts non francs. Une telle méthode présente également l'avantage d'être adaptée aux structures en toron. Après avoir étudié l'impact d'un défaut non franc sur les paramètres caractéristiques d'une MTL et sur les signaux de diaphonie, une méthode, la "Cluster Time Frequency Domain Reflectometry ", a pu être proposée. Il s'agit d'un procédé en trois étapes. Des mesures par réflectométrie temporelle sont tout d'abord réalisées à l'entrée de la ligne à diagnostiquer. Tous les signaux présents, y compris ceux de diaphonie, sont enregistrés. Un traitement temps-fréquence leur est ensuite appliqué afin d'amplifier la présence d'éventuels défauts. Enfin, un algorithme de clustering, spécifiquement développé pour le diagnostic filaire, est utilisé de manière a bénéficier de l'ensemble de l'information disponible

Le récent essor des systèmes de communication sans fil implique le développement de circuits RF performants, à fort taux d’intégration, bas coût, et adaptés à la production de masse. L’intégration monolithique de systèmes RF sur silicium permet de répondre en partie à ces critères. Cependant, le silicium est responsable de pertes dans le substrat dégradant les performances des composants passifs. Pour adresser cette limite, des caissons isolants de silicium poreux peuvent être réalisés au sein du silicium (substrat mixte). Les objectifs de cette thèse sont de montrer la faisabilité de l’intégration monolithique sur substrat mixte et d’étudier son impact sur les performances de circuits RF. Ce manuscrit décrit l’élaboration des substrats mixtes et donne une comparaison des performances de composants passifs intégrés sur silicium poreux et sur substrats standards. Enfin, l’intégration monolithique de circuits RF est menée sur substrat mixte 6’’. La caractérisation de ces démonstrateurs montre une amélioration des performances par rapport au silicium. De plus, la compatibilité du substrat mixte avec un procédé industriel de microélectronique est validée. / The rapid growth of wireless systems involves the development of highly efficient, large-scale, low-cost and radio frequency (RF) systems. Monolithic integration of RF circuits on silicon can enhance the appeal of this technology further. However, in order to fully realize the next generation of system-on-chip on silicon, the losses which results in to degradation in the performances of passive components need to be addressed. This work investigates locally insulating porous silicon regions on silicon substrates, targeting highly efficient passive components. This thesis begins with a detailed description of porous silicon/silicon hybrid substrate fabrication using a novel mask. The influence of the hybrid substrate on fabricated passive device performances was studied and the results were compared to similar devices on conventional silicon substrates. Finally, monolithic integration of passive and active devices was demonstrated on 6” hybrid substrates, with performance improvements when compared with standard silicon. This work has also shown that hybrid substrates can be fully integrated into industrial scale microelectronic processes.

Les travaux effectués pendant la thèse ont principalement porté sur la modélisation et le calcul du comportement haute-fréquence (HF) des câbles électriques. Ces phénomènes physiques mis en jeu combinent les effets capacitifs et inductifs ainsi que les effets de peau et de proximité. Pour prendre en compte de ces comportements, nous utilisons une approche basée sur des circuits équivalents à base aux paramètres linéiques qui varient en fonction de la fréquence. La détermination des éléments du schéma équivalent a été effectuée en résolvant des problèmes d'électrostatique et de magnétoharmonique en utilisant la méthode des éléments finis. Ensuite, nous avons travaillé sur la méthode des lignes de transport (TLM) associée à une approche modale pour déterminer les fréquences de résonance du système en prenant en compte les interconnexions aux extrémités du câble. Nous avons mis en œuvre la méthode ci-dessus pour plusieurs types de câble électrique : bifilaire blindé, blindé de 4 conducteurs, AC triphasée et enfin HVDC. Le comportement HF de ces câbles a été étudié en utilisant l'approche développé. / The work during the thesis focused on the modeling and calculation of high frequency (HF) behavior in the power cables. These physical phenomena involved combining capacitive and inductive as well as the effects of skin and proximity effects. To account for this behavior, we use an approach based on equivalent circuits based on linear parameters that vary depending on the frequency approach. The determination of the equivalent circuit elements was performed by solving electrostatic problems and magnetoharmonic using the finite element method. Then we worked on the Transmission Lines Method (TLM) associated with a modal approach to determine the resonance frequencies of the system taking into account the interconnections to the ends of cable. We have implemented the above method for several types of electric cable: shielded wire, shielded 4 wires, three phases AC and finally the HVDC cable. The HF behavior of these cables has been studied using the developed approach.

Avec la miniaturisation de plus en plus poussée des composants sur silicium, certains phénomènes, connus sous le nom des problèmes de la Compatibilité Électromagnétique peuvent surgir, ils sont les principales causes de la reconception des systèmes intégrés. Ce travail de thèse consiste à développer une méthodologie d'analyse prédictive de la compatibilité électromagnétique pour les systèmes électroniques, par anticipation design. Afin d'aboutir à ce modèle prédictif, différents champs d'investigation ont été mise en place afin d'appréhender l'ensemble du problème. Premièrement, nous avons développé une méthode de prédiction des parasites du boîtier électronique appelée « MCTL Matrix Method ». Cette méthode est issue du principe du prototypage virtuel du boîtier et elle est basée sur des lignes de transmission multiconducteurs. Deuxièmement, nous avons proposé une méthodologie d'analyse de l'immunité du système complet dès les premières phases de la conception. / Modern electronic systems require a high-level of integrations. As a result, some phenomena which are known as ElectroMagnetic Compatibility (EMC) issues are arising, and they are the major causes of system redesign. This main objective of this work is to develop a predictive methodology for systems immunity. To do so, different fields have been investigated: first, we have developed a predictive method for package parasites called “MCTL Matrix Method” which is based on a virtual package prototyping and Multiconductor transmission lines. Then we have proposed a new methodology for system immunity at the earliest design stages.

La détection des défauts non francs est un passage obligé dans la gestion de la maintenance des câbles (Wire Health Monitoring) et permet d’anticiper l’apparition de défauts francs engendrés par l'aggravation de défauts non francs. Ces travaux de thèse visent à étudier la problématique de défauts non francs dans les câbles électriques. L'étude proposée consiste à étudier le problème direct : modélisation électromagnétique et compréhension des phénomènes physiques liés à la présence des défauts non francs, et impact des défauts sur leurs signatures obtenues par réflectométrie. Il est proposé dans ce travail de caractériser des défauts non francs représentatifs de situations réelles, ce qui peut servir ultérieurement dans la résolution du problème inverse : déterminer la localisation et la sévérité des défauts à partir du réflectogramme en vue du diagnostic. L'approche proposée se fait en deux temps. Dans un premier temps, une caractérisation électromagnétique d’une zone localisée d’un câble présentant un défaut non franc est réalisée grâce à une modélisation électromagnétique prenant en compte la géométrie tridimensionnelle du défaut. Deux méthodes numériques ont été exploitées : une méthode de différences finies dans le domaine temporel (FDTD) et une méthode de Galerkin discontinu. Les résultats des simulations permettent d'exprimer les perturbations engendrées par le défaut et de déduire leur influence sur la propagation des signaux dans le câble. Des validations expérimentales menées dans le domaine temporel et le domaine fréquentiel permettent de confronter les mesures aux prédictions numériques. Dans un deuxième temps, des modèles électriques de défauts sont exprimés sous forme de paramètres localisés R, L, C, et G qui peuvent être utilisés dans un modèle de ligne de transmission. Une telle analyse des défauts non francs permet de relier une faible variation locale des caractéristiques physiques et électriques de la ligne à une variation des signaux de réflectométrie et des paramètres électriques de la ligne. L’approche permet de fournir des informations utiles pour caractériser des défauts et peut ainsi contribuer à améliorer les performances des systèmes de détection / The soft fault detection feature is certainly a very important aspect of wire health monitoring and an important process required in electrical wiring system operation. It has a great influence on the security and quality of supply. In transmission line networks, this feature is needed to provide a timely identification of the faulted line thus anticipating the appearance of severe faults that are initially caused by soft fault degradation. This work focuses on soft fault problems in electrical fault diagnosis and their weak impact on coaxial transmission lines. The objective of this work is to carry out a soft fault forward model: electromagnetic modeling and investigating the behavior of the line after soft damages and then to analyze its effects on their signatures obtained by reflectometry. It is proposed in this work to characterize the representative soft damages in real situations, which could be used later in solving the inverse problem: determining the position and severity of defects from the reflectometry response for the diagnosis. The proposed approach is based on the following steps: first, an electromagnetic characterization of a faulty region of a cable is carried out by electromagnetic modeling, by taking into account the three-dimensional geometry of defect. For this purpose, two numerical methods have been used: Finite Difference Time Domain (FDTD) and a Discontinuous Galerkin. The simulation results allow to study the disruption initiated by the fault and to infer their influence on the signal propagation along the cable. The experimental validation provided in frequency- and time-domain allows to confront experimental measurements with simulation predictions. In a second step, electrical fault models are expressed in terms of lumped parameters R, L, C, and G, which can be used in a transmission line model. Such analysis of soft faults allows to relate low local variation of the physical and electrical characteristics of the line to a reflectometry signals variation and electrical parameters changes. The approach can provide useful information to characterize defects and can thus contribute to improve the performance of detection systems