Ces travaux de recherche présentent une modélisation/Simulation du Test BCI (Bulk Current Injection) sous contrainte RTCA – DO 160, test de qualification des équipements très contraignant en termes de coûts et délais. Lors de sa réalisation, il présente aussi beaucoup de disparités dont il est parfois difficile d’identifier les sources et de les maîtriser lors du test avec une maquette physique. La simulation présente tout son intérêt dans l’étude de ces phénomènes (qui peuvent avoir un impact non moins significatif sur les résultats de test) mais aussi la répétabilité des essais.Dans un premier temps, une méthode de modélisation du couplage pince d’injection de courant et câbles est établie qui tient compte de l’évolution en fonction de la fréquence du noyau de ferrite du transformateur RF (Pince de courant) et des paramètres linéiques des câbles. Deux modèles sont principalement proposés dans ces travaux :- Un modèle générique, modèle circuit constitué uniquement d’éléments passifs RLC et élaboré (sous SPICE) à partir de la mesure des paramètres S. Ce modèle fait apparaitre la zone de couplage entre pince et câbles au secondaire.- Un modèle magnétique, macro-modèle développé sous le logiciel Flux2D. Les paramètres géométriques du modèle sont renseignés à partir de la connaissance des dimensions de la pince (diamètres intérieur /extérieur, longueur) et des câbles (diamètres/longueurs). Les paramètres physiques de la pince de courant particulièrement la perméabilité magnétique complexe du noyau de ferrite est obtenue à partir de la mesure du coefficient de réflexion au port d’entrée de la pince et extraction en post-traitement.Les validations dans le domaine fréquentiel ont été effectuées avec une bonne corrélation entre simulations et mesures dans la bande BCI [10 kHz – 400 MHz]. Ces résultats obtenus ont permis l'élaboration d'un modèle complet du test BCI (sous l’outil logiciel PAM-CEM/CRIPTE) qui tient compte d’un toron aéronautique complexe et de l’EST (Équipement Sous Test modélisé au laboratoire Ampère de Lyon). Il est constitué du générateur de perturbation (qui fait office de pince d’injection de courant), du modèle du toron de câbles (constitué de paires torsadées blindées, de paires non-blindées, …) et de l’EST (Équipement Sous Test) dans la bande [10 kHz – 400 MHz]. La bonne concordance entre simulations et mesures laisse présager une utilisation par les avionneurs ou équipementiers pour des études paramétriques concernant le test BCI (influence de la disposition des câbles, queue de cochon, longueur toron, disposition de l’EST par rapport au plan de masse, …) et/ou pour une virtualisation dans une phase de pré-qualification des équipements.Mots clés : CEM (Compatibilité ElectroMagnétique), Test BCI (Bulk Current Injection), Modélisation/Simulation, Norme aéronautique DO 160. / This work presents a modeling/simulation approach of BCI (Bulk Current Injection) test under constraint RTCA - DO 160. This qualification test of equipment is very constraining in terms of cost and deadline. During the test, there are also many disparities for which it is difficult to identify sources (and control them) with a physical test setup. The simulation is of interest in the study of phenomena (which can have negative impacts on test results) but also the repeatability of tests.First, a method of modeling for the probe/cables coupling is established which takes into account the variation with frequency of the RF transformer (current probe) of the magnetic ferrite core and the linear parameters of cables (skin/ proximity effects). Two models are proposed in this work:- A generic model which is made up solely of passive elements RLC and elaborated (with SPICE software) from the measurement of S-parameters. It shows the coupling zone between probe and cables (secondary winding).- A magnetic macro-model developed with the Flux2D software. Its geometrical parameters are defined from dimensions of the probe (inner/outer diameter, length) and cables (diameters / length). Physical parameters of the current probe, particularly the complex magnetic permeability of the ferrite core, are obtained from measurement of the S-parameter at the input port of the probe and post-treatment extraction.Frequency domain validations were performed with a good correlation between simulations and measurements in the BCI band ([10 kHz - 400 MHz]).These results led to the development of a complete virtual BCI test (with PAM-CEM / CRIPTE software), which take into account an aeronautic complex harness and a DUT (Device Under Test which is modeled at Ampère laboratory). It consists of disturbance generator, harness model (consisting of shielding twisted cables, no shielding cables, etc.) and DUT (Device Under Test) in the band [10 kHz - 400 MHz].The good correlation between simulations and measurements suggests a use by the aircraft manufacturers or equipment manufacturers for parametric studies about BCI test (uncertainties related to cable positions, pigtail, cable length, DUT position with respect to the ground plane, ...) and /or for virtualization in a pre-qualification phase of the equipment.Keywords: EMC (ElectroMagnetic Compatibility), BCI (Bulk Current Injection) test, Modeling/Simulation, DO 160 aeronautic standard.

Flow induced self-oscillations cause acoustic pressure oscillations of large amplitude in pipe flows. If Reynolds number is treated as a parameter, these floinduced oscillations occur only at discrete and critical values of Reynolds number. However, for a small range of Reynolds numbers around such a critical value, such periodic oscillations may appear intermittently. If intermittency, which is a precursor to these self-oscillations, can be detected, prediction of an impending instability may be possible. In experiments done by Vineeth and Sujith (Int. J. Aeroacoustics, 2016) on flow in a duct orifice arrangement, where flow enters through the duct inlet, and leaves into the atmosphere through the orifice exit, “whistling” was observed at a Reynolds number of 4200 (based on the orifice thickness and flow speed within the orifice), where large amplitude pressure oscillations were observed. At slightly lower Reynolds numbers, bursts of relatively smaller amplitudes of pressure oscillations were observed to appear intermittently. For a similar configuration, Large Eddy Simulations (LES) have been carried out with explicit filtering as a sub­ grid scale model here. Both whistling and intermittency are observed in the simulations. As air flows from the duct into the orifice, it turns sharply around the corner at the duct­ orifice interface. Due to this sharp turn, flow separation occurs, and hence, a shear layer is formed at the mouth of the orifice. The mechanism of whistling is found to be this shear layer within the orifice flapping about and hitting the trailing edge of the orifice periodically, thus causing the shear layer to break and roll up into a vortex. At Reynolds numbers where intermittency is observed, the shear layer is found to very mildly come in contact with the edges of the orifice walls, thus disturbing it. In the simulations, time series data of pressure are recorded at various probe locations. In a given time series, if scale invariance behaviour exists, it can be quantified by measuring the Hurst exponent. The numerical value of the Hurst exponent is an index of “long range or short range dependence” in a time series. Hurst exponent is measured in the time series data obtained. It is found to drop to zero as the flow approaches the state of a self-sustained oscillation, since the growth rates of all the long term as well as short term trends in the time series vanish. A loss of multifractality in the time series is also observed as the flow approaches whistling. As a part of the this thesis, new, split high resolution schemes of high order are designed following the Hixon Turmel Proposal.

Actuellement, les systèmes permettant de transférer de l’énergie dans le but de recharger les accumulateurs d’appareils électroniques sans l’emploi de câble se démocratisent davantage chaque jour. On comprend donc bien l’intérêt de tels systèmes dans des environnements embarqués et confinés tels que l’habitacle d’un véhicule. Le principe de l’induction magnétique réside dans un transfert de flux magnétique entre deux antennes inductives. Le champ magnétique servira de vecteur au transport d’une puissance électrique, puisque c’est au travers de cette création de flux magnétique que sera échangée ou transférée la puissance d’un émetteur vers un récepteur. Un tel système d’émission-réception de puissance utilisant le principe d’induction magnétique contient un émetteur, des antennes (bobines) inductives couplées et un récepteur. Un premier chapitre sera donc consacré à l’étude des antennes d’un point de vue théorique et technologique. Des modèles électromagnétiques d’antennes inductives seront développés, et après validation par corrélation avec des mesures électriques et électromagnétiques, ils seront employés au travers d’intenses simulations électromagnétiques. Ceci afin de montrer l’impact des paramètres définissant ces antennes inductives sur leurs comportements électrique et électromagnétique. Une fois les antennes inductives optimisées et leurs paramètres clés identifiés, on étudiera dans un deuxième temps les effets de l’induction magnétique lorsque qu’une antenne d’émission et une autre de réception sont présentées ensembles et mises en condition de transfert d’énergie. On mettra donc en évidence le principe de couplage magnétique entre les antennes ainsi que la notion de rendement de puissance appelé aussi efficacité de liaison. Les différents paramètres des antennes seront là aussi caractérisés afin d‘étudier leur influence sur le transfert d’énergie inductif. Le tout illustré de la même manière que précédemment, en s’appuyant sur d’intenses simulations électromagnétiques et des modèles validés par rapport à différentes méthodes de mesure. Ceci dans le but de comprendre les mécanismes de fonctionnement et d’optimisation d’un système de transfert d’énergie par induction magnétique ainsi que de proposer des règles générales de conception d’antennes inductives. Dans un troisième temps, on présentera les différents étages électroniques composant les systèmes de transfert d’énergie inductif. Une partie sera dédiée à la définition du point de vue système des éléments constituant la chaine complète d’émission et de réception. La conception, l’optimisation et la mesure des amplificateurs de puissance utilisés au niveau de l’émetteur seront également présentés. En effet, ces systèmes doivent être suffisamment performants afin de transférer des puissances capables d’alimenter des appareils électroniques de type téléphones tout en ayant un bilan de puissance efficace avec des pertes limitées. A partir de modèles de circuits émetteur et récepteur et en s’appuyant sur des simulations circuits, nous estimerons les bilans de puissances afin d’évaluer les performances et les limites des différents systèmes. Ces simulations une fois validées par mesures permettront de quantifier l’efficacité du transfert de puissance et proposer des voies d’optimisation. Ces systèmes et technologies sont de plus en plus utilisés pour l’électronique grand public et il existe actuellement plusieurs standards régissant le transfert d’énergie inductif. Les différentes études présentées dans cette thèse seront donc orientées vers ces différentes normes, et des analogies seront réalisées tout le long du mémoire afin de mettre en exergue leurs différents principes de fonctionnement. / Nowadays there is a strong demand of systems allowing to transfer energy in a wirelessly way to small electronic devices. So we can well understand the interest of such systems in embedded environments such as vehicle cockpit. The principle of magnetic induction comes from a magnetic flux exchange between two inductive antennas. The magnetic field will be used to transport an electrical power from an emitter to a receiver. These systems using the magnetic induction to transfer energy contain an emitter, inductive antennas (coils) and a receiver. A first chapter will be dedicated to the antennas employed in inductive wireless power transfer systems on theoretical and technological points of views. An electromagnetic modeling of these inductive antennas will be realized and validated through correlation with measurements. Once the modeling process defined and the validations done, it will be used through intensive electromagnetic simulations in order to show the impact of antennas parameters on their electrical and electromagnetic performances. After the inductive antennas characterization and their key parameters identification done, we will study in a second time the magnetic induction effects when emission and reception antennas are placed together in order to realize an inductive power transfer. Notions of magnetic coupling which appears between inductive antennas and magnetic efficiency which characterizes how much quantities of power are transferred will be highlighted. In the same conditions as before, the impact of antennas parameters on the power transfer and magnetic coupling will be investigated through electromagnetic modeling of inductive antennas and the use of intensive electromagnetic simulations. Thus, we will have the opportunity to precisely understand the meaning of the inductive power transfer and the different ways of optimizations. By this way, we will also propose some general design guidelines for antennas employed in inductive wireless power transfer systems. A third chapter will be dedicated to the presentation of the different electronic stages used in inductive wireless power transfer systems. A part of it will be employed on the definitions of the different elements allowing the wireless power transfer on a system approach. The design, optimization and measurement of power amplifiers used on the emission stage will be presented too.. Indeed, it is necessary to have efficient power amplification in order to transfer the required power to different receivers such as phones at the same time to limit the power losses. From circuit modeling of different emitter and receiver and with circuit simulations, we will develop power budgets in order to evaluate the performances and limits of these systems. Once the simulation validated by measurement, we will be able to quantify the total power transfer efficiency and propose optimization ways. Because of the current existence of different inductive wireless power standards on the industrial market for electronic consumer, analogies with them will be done all along the different steps of this thesis in order to highlighted their different functioning principles.

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Die effektive sowie effiziente Planung von Energieeffizienzmaßnahmen hat große Bedeutung für Produktionsunternehmen. Die um energetische Betrachtungen erweiterte Materialflusssimulation wird in diesem Kontext zunehmend als Werkzeug zur Untersuchung komplexer Wechselwirkungen von Material- und Energieflüssen in Fabriken eingesetzt. Die vorliegende Arbeit hat die Konzeptionierung und Systematisierung einer Methodik zur Ausgestaltung derartiger Simulationsstudien speziell in Umplanungsprojekten zur Energieeffizienzsteigerung zum Inhalt. Unter besonderer Beachtung entscheidungstheoretischer Ansätze soll es diese ermöglichen, unabhängig von der jeweils eingesetzten Simulationslösung projektspezifische Ausprägungen für die relevanten Gestaltungsaspekte einer Simulationsstudie in diesem Problemfeld zu bestimmen (z. B. zur Art und Weise der Modellierung des Energieverbrauchs). Das entwickelte Lösungskonzept besteht aus einem 13 Schritte umfassenden Vorgehensmodell sowie neun Lösungsmodulen zur Unterstützung von Entscheidungen hinsichtlich der Ausprägung ausgewählter Gestaltungsaspekte. Auf diesem Wege wird der gesamte Prozess von der Entwicklung einer Effizienzmaßnahme über die eigentliche Simulationsanwendung (in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 3633 Blatt 1:2014) bis hin zur finalen Investitionsentscheidung unterstützt. Exemplarisch wurde die im Ergebnis der Arbeit stehende Methodik an drei Fallstudien erprobt. Dabei konnten alle definierten Anforderungen erfolgreich geprüft werden. / Effective and efficient planning of energy efficiency measures is of great importance to manufacturing companies. Material flow simulation that has been extended to also include energy is increasingly used in this context as a tool for the analysis of complex interactions between material flows and energy flows in factories. This thesis deals with the conception and the systemization of a methodology for designing such simulation studies specifically in re-planning projects that aim for energy efficiency improvements. Taking basic approaches from decision theory into particular consideration, it is intended to provide guidance in deciding on the project-specific manifestation for relevant characteristics of a simulation study in this problem area (e.g. the manner to model energy consumption), regardless of the utilised simulation solution. The developed solution comprises a 13 steps spanning process model as well as nine solution modules to support decisions concerning the choice of manifestation for selected characteristics. In this way, the entire process from the development of an energy efficiency measure through the actual application of simulation (following VDI guideline 3633 Part 1:2014) to the eventual investment decision is assisted. The results of this thesis were exemplarily tested in three case studies. All initially defined requirements could thereby be positively verified.