L'objectif de cette thèse est l'étude et la réalisation d'une nouvelle application des convertisseurs multicellulaires parallèles. Le but est de concevoir un système pouvant injecter des forts courants transitoires (milliers d'Ampères) dans l'âme conductrice de câbles haute tension à courant continu afin de mesurer la répartition des charges électriques dans l'isolant par la méthode de l'onde thermique. La structure proposée est basée sur la mise en parallèle de modules de convertisseurs DC/DC à phases couplées utilisant des transformateurs intercellules (ICT). La solution proposée permet de concevoir un dispositif à faible encombrement (portabilité). Une approche de dimensionnement des ICT cycliques basée sur la détermination d'un modèle analytique généralisé permettant de quantifier le flux et la densité de flux à travers le circuit magnétique, est présentée. Une méthode d'optimisation consistant en une permutation des ordres de commande des phases est utilisée pour réduire l'encombrement du coupleur magnétique. Un prototype de convertisseur multicellulaire utilisant un ICT cyclique planar de puissance a été réalisé. Il s'agit d'un module 12 phases, fonctionnant comme une source de courant régulé de 1200 A (grâce à une boucle de régulation de courant), et dont la puissance est de 30 KW. Des résultats expérimentaux validant la possibilité d'utiliser la solution proposée pour la caractérisation diélectrique des câbles haute tension à courant continu sont présentés dans le mémoire. / The purpose of this study is the design of a new application for parallel multi-cell converters. The aim is to setup a portable system that can inject a high current (several Amps current) within 2 s in the conducting core of a HVDC cable, and determinate the distribution of electrical space charge through the insulation using the Thermal Step Method (TSM). The proposed structure will be constituted of paralleled coupled multiphase buck converters using InterCell Transformers (ICT). A dimensioning theoretical approach of planar intercell transformer based on the magnetic core saturation condition is presented. The proposed method is based on calculating a generalized expression on the magnetic flux density matrix for any number of cells. Permutation method is used in order to reduce the magnetic core volume. Its principle is to reduce the flux concentration in the magnetic core by modifying the phase-shift of two successive cells.Finally, the experimental prototype (12-cells 30 kW power converter) using cyclic planar ICT is designed and tested. The converter is used to generate regulated current pulses of 1200 Amps (its operating mode is similar to a current source). Experimental results (thermal step current measurements) are includes in order to confirm the ability of using the proposed solution for power cable dielectric characterization.

La fiabilité des chaînes de conversion électrique dans les systèmes embarqués est un enjeu critique dans les applications où interviennent des contraintes liées à la sécurité des personnes ou à des aspects économiques non-négligeables. La maintenance préventive permet de surveiller le bon fonctionnement des maillons faibles de la chaîne de conversion, tels que les composants de puissance à semiconducteurs (IGBT à grille en tranchée) présents dans les convertisseurs d'électronique de puissance utilisés dans le domaine du transport. L'objectif de ce travail est d'évaluer la possibilité d'utiliser l'état de l'oxyde de grille comme indicateur de l'état opérationnel du composant, lorsque celui-ci est soumis à des contraintes thermo-électriques représentatives de son fonctionnement. Les résultats obtenus par couplage de différentes techniques non destructives (méthode capacité-tension et méthode de mesure des charges d'espace) mettent en évidence des évolutions de l'oxyde liées à des effets causés par les charges électriques dans les zones de la structure les plus contraintes.L'étude et la modélisation des phénomènes diélectriques dans les couches minces d'oxyde nécessitent de nouvelles méthodes de mesure de la charge électrique à haute résolution spatiale. Dans le présent travail, nous démontrons, à travers des simulations et des résultats expérimentaux, l'applicabilité d'une de ces techniques de caractérisation, « la méthode de l'impulsion thermique », sur ce type de structures de la microélectronique. Sa sensibilité aux fines zones de champ électrique localisées au niveau des interfaces est en particulier mise en évidence, en ouvrant des voies vers la mise au point de nouvelles techniques à haute résolution spatiale, basées sur des stimuli thermiques. / The reliability of the electrical conversion chains in embedded systems is a critical issue in applica-tions where the security of persons and the economic aspects are significant. Preventive maintenance allows monitoring the proper functioning of the « weak links » in the conversion chain, such as power semiconductors components (trench gate IGBT) present in the electronic power converters used in the transport sector. The aim of the present work is to evaluate the possibility of using the gate oxide state as an indicator of the operational state of the component when it is subjected to thermo-electrical stress such as during service. The results obtained by coupled non-destructive techniques (capacitance-voltage and space charges measurement methods) bring out changes in the oxide produced by electrical charges in the most stressed areas of the structure.The study and modeling of dielectric phenomena in thin oxide layers require new high resolution methods for measuring the electric charge. In this work, simulations and experimental results have been used to demonstrate the applicability of one of these techniques, « the Thermal Pulse Method », to this type of microelectronic structures. The electric field at interfaces detected due to the sensitivity of this method is highlighted, opening ways to the development of new techniques with high spatial reso-lution, based on thermal stimuli.

Thise thesis for 15 credits/student were executed at Zetterbergs Industry AB in Östervåla by two students. Zetterbergs develops, manufactures and mount bodywork and components for transporting trucks. Their main focus is earthmovers in the nordic countries. Recently Zetterbergs released a new dumper for hooklifts called ZD4-LV. The company promote it as a lightweight dumper for hooklifts with an appealing design. The dumper for hooklifts is built after the swedish standard and Zetterbergs now wants to produce a dumper for hooklifts that follows the german standard, DIN 30722. In the beginning of the thesis a thorough examination of the two standards SS 3021 and DIN 30722. The company wanted the new dumper for hooklifts to use the same basket as ZD4 so the student examined how the ZD4-LV was designedconstructed and manufactured. To generate concepts the five-step method were used. To figure out the best concept Pugh’s matrix were used. The result is a complete CAD-model with associated manufacturing drawings of a complete dumper for hooklifts that follows DIN 30722. New models and drawings have been made for all the new parts and assemblies, but for the existing parts, it uses the existing drawingsexisting drawings will be used. The thesis is considered a success hence all set goals were met. / Examensarbetet utfördes på Zetterbergs Industri AB i Östervåla. Arbetet är ett 15 högskolepoängsarbete/student dvs cirka 20 veckors arbete totalt då arbetet är utfört av två studenter. Zetterbergs konstruerardesignar, tillverkar och monterar lastbilspåbyggnader och har deras tyngdpunkt på anläggningsfordon i Norden. Zetterbergs släppte nyligen ett nytt lastväxlardumperflak kallat ZD4-LV. Detta flak marknadsförs som en lågviktare med snygg design. Flaket är byggt enligt svensk standard och Zetterbergs vill ta fram en variant på flaket som istället följer den tyska standardentysk standard som används i Europa.  Arbetet tog sin början i en granskning av de två olika standarderna SS 3021 och DIN 30722. Även den svenska varianten av ZD4-LV gicks igenom för att få en djupare förståelse i hur flaket var uppbyggt. Då det önskades att korgen från den befintliga lastväxlardumpern skulle används för den europeiska varianten så gjordes en granskning även i hur den befintliga lastväxlardumpern tillverkas. Femstegsmetoden användes för att generera olika koncept som sedan utvärderas och viktades i en Pugh matris. De valda koncepten från Pugh matriserna vidareutvecklades vidare som senare senare som mynnade ut i ett antal slutgiltiga konstruktioner. Resultatet blev en färdig CAD-modell med tillhörande tillverkningsritningar av en komplett lastväxlardumper som följer den europeiska tyska standarden DIN 30722. Ritningar och CAD-modeller har gjorts på samtliga delar och sammanställningar förutom på befintliga delar då dessa redan finns. Arbetet anses lyckat då alla uppsatta mål har blivit uppfyllda samt att en del extra önskemål har kunnat tillgodoses.

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La propagation à longue distance est un problème majeur dans les télécommunications, la navigation et la surveillance. L'objectif de cette thèse est de développer une méthode rapide pour simuler la propagation des ondes dans une atmosphère en 2D et 3D. Dans ce travail, deux contributions principales vers cet objectif sont obtenues. Tout d'abord, des méthodes auto-cohérentes,c'est-à-dire basées sur une théorie discrète de l'électromagnétisme, sont développées en 2D et 3D. Ensuite, une méthode rapide 2D basée sur les ondelettes est proposée. Pour simuler la propagation d'ondes électromagnétiques dans une atmosphère 2D, la méthode split-step Fourier (SSF) est largement utilisée. Le calcul est effectué itérativement en distances en tenant compte d'une réfractivité variable, du relief et des caractéristiques du sol. À chaque pas, le signal est transformé du domaine spatial au domaine spectral. La méthode des écrans de phase est appliquée pour modéliser les effets de réfraction. D'autre part, pour modéliser un sol impédant, la transformée mixte de Fourier discrète (SSF-DMFT) est utilisée. Le concept de la théorie électromagnétique auto-cohérente implique que l'utilisation d'équations de Maxwell discrètes pour la simulation numérique évite les solutions parasites. Dans la méthode couramment utilisée SSF-DMFT, la transformée spectrale est basée sur la condition aux limites d'impédance discrète, alors que le propagateur provient de l'équation continue. Pour pallier cette incohérence, une méthode auto-cohérente est proposée, notée la DSSF-DMFT. La formulation est dérivée des équations discrètes pour obtenir l'auto-cohérence. Des tests numériques montrent que SSF-DMFT présente des oscillations parasites dans certaines conditions de simulation, tandis que DSSF-DMFT reste précis. En effet, l'auto-cohérence empêche certaines instabilités numériques. Pour simuler la propagation dans des environnements en 3D, les méthodes précédentes doivent être étendues en 3D. Tout d'abord, la 3D-SSF est présentée comme une extension naturelle de la SSF. Ensuite, la 3D-DSSF est dérivée d'équations discrètes. Pour considérer un sol impédant, la 3D-DSSF-DMFT est développée conduisant à de nouvelles expressions pour les propagateurs. Ces méthodes sont testées dans plusieurs configurations incluant un profil de réfractivité extrait de mesures. Les résultats montrent une grande précision et une capacité à prendre en compte les effets latéraux. Cependant, pour la propagation dans de grand domaines, les ressources nécessaires en temps et en mémoire deviennent la préoccupation principale. Pour alléger la charge de calcul, une méthode split-step en ondelettes (SSW) est proposée en 2D comme une méthode alternative à SSF. Elle est basée sur la transformée rapide en ondelettes dont la complexité est faible et qui permet de compresser les champs. La propagation est réalisée à partir d'une combinaison linéaire d'ondelettes propagées individuellement. La compression est appliquée pour augmenter l'efficacité. Afin de considérer la réflexion sur le sol, une nouvelle méthode de source image locale dédiée à la propagation des ondelettes est proposée. Les tests numériques montrent que la SSW a une efficacité de calcul plus élevée que la SSF tout en gardant une bonne précision. / The long-range propagation of electromagnetic waves is a major issue in telecommunication, navigation, and surveillance. The objective of this Ph.D. thesis is to develop fast and accurate modeling methods for the tropospheric propagation in 2D and 3D. In this work, two main contributions towards this objective are achieved. Firstly, self-consistent methods, i.e. based on the discrete electromagnetic theory, are developed in 2D and 3D. Secondly, a fast wavelet-based 2D method is proposed. For simulating the electromagnetic wave propagation in a 2D atmosphere, the split-step Fourier method (SSF) is widely used. The computation is performed marching on in distances taking into account a variable refractivity, an irregular relief, and the electric characteristics of the ground. At each step, the signal is transformed from the spatial to the spectral domains. The phase screens method is applied to model refraction. Besides, to model an impedance ground, the discrete mixed Fourier transform (SSF-DMFT) is used. The concept of the self-consistent electromagnetic theory implies that the use of discrete Maxwell equations for numerical simulations does not lead to spurious solutions. In the widely used SSF-DMFT, the spectral transform is based on the discrete impedance boundary condition, while the propagator is derived from the continuous equation. To overcome this inconsistency, a discrete formulation of SSF-DMFT is proposed, denoted as DSSF-DMFT. The spectral transform and propagator are both derived from the discrete equations to achieve self-consistency. Numerical tests show that SSF-DMFT has spurious oscillations in certain simulation conditions, whereas DSSF-DMFT remains accurate. Indeed, the self-consistency prevents from numerical instabilities. To simulate the propagation in 3D environments, the previous methods are extended to 3D. First, 3D-SSF is presented as a natural extension of SSF. Then, 3D-DSSF is derived from discrete equations. To consider an impedance ground, 3D-DSSF-DMFT is developed leading to new expressions for the propagators. These methods are tested for several configurations, including a refractivity profile extracted from measurements. Results show that they have a high accuracy. They notably consider lateral effects. However, for the propagation in a large computation domain, time and memory occupations become the main concern. To improve the computation burden, a split-step wavelet method (SSW) is proposed in 2D as an alternative to SSF. It is based on the fast wavelet transform, which complexity is weak and which allows for data compression. The propagation is performed by means of a linear combination of wavelets that are individually propagated. Data compression is applied to increase the efficiency. A new local image source method dedicated to wavelet propagation is proposed to consider the ground reflection. Numerical tests show that this method has a higher computational efficiency than SSF while keeping a good accuracy.

En permettant la transmission de fortes puissances sur de grandes distances, les réseaux en haute tension à courant continu (HTCC) représentent l'avenir du transport de l'énergie électrique. Des équipements tels que les postes sous enveloppe métallique (PSEM) seront indispensables dans ces réseaux pour répartir le flux d'énergie, interrompre ou isoler certaines branches. Leur conception nécessite la prise en compte, pour les parties isolantes, de phénomènes spécifiques liés à l’application de champs électriques continus, comme la dépendance de la résistivité avec le champ et la température, mais également l’accumulation de la charge d'espace qui contribue à augmenter sensiblement les risques de claquage. Dans le composite étudié (résine époxyde chargée d’alumine), ce phénomène commence à se manifester dès que les valeurs de champ excèdent quelques kV/mm, correspondant à l’ordre de grandeur des contraintes envisagées dans les futurs PSEM HTCC.Bien que des techniques existent pour déterminer la répartition de ces charges dans les isolants solides, aucune n’est à ce jour directement applicable aux structures isolantes installées dans les PSEM HTCC.L’objectif de ce travail est ainsi de concevoir et de mettre en place une technique de mesure des charges d’espace et du champ électrique interne qui soit à résolution spatiale, non destructive et adaptée à une géométrie d’isolateur cylindrique, de type support isolant de jeu de barres.En utilisant le dispositif expérimental mis en place, le comportement du composite vis-à-vis de la charge d’espace est par la suite étudié, notamment en fonction de différentes contraintes électrothermiques représentatives du fonctionnement des PSEM. Le but final est d'aider à l'optimisation de la conception de ce type d’isolateur, en se basant sur l’analyse des résultats issus de mesures de charges d’espace. / The trend today is to develop high voltage direct current (HVDC) technology for the future electric network because it offers some advantages for the transmission on long distances. The development of HVDC networks leads to an increasing need of gas insulated substations (GIS). A problem to be dealt with when an insulator is subjected to a continuous electric field is the variation of the resistivity with the electric field and the temperature and the accumulation of space charges that can lead to dielectric breakdown. In alumina-filled epoxy resin, used as insulating material for GIS spacer, the influence of space charge start to come out when the electric fields exceed several kV/mm, corresponding to values envisaged for the future HVDC GIS.Despite that non-destructive methods exist to determine the space charge distribution in solid insulators, none of them are directly applicable to insulation structures installed in the HVDC GIS.So, the main objective of this work is to design and set up a measurement technique to observe the internal electric field and the accumulated charges. The developed method must be non-destructive and adapted for a cylindrical geometry of an insulator used as a busbar insulation support.By using the experimental bench set up, the behavior of the composite material regarding the space charge will be studied, in particular according to different thermoelectric stresses. The final aim is to contribute to the optimization of the design of this type of insulator, based on the results from space charge measurements.

This thesis examines and tests acids and conditions, which make the production of nanoporous ceramic at the thin aluminium layer the most effective and provide the highest quality. This paper describes the production of nanoporous structures with pore size 15-400 nm, depending on the electrolyte. Creating a regular hexagonal structure by electrochemical oxidation is dependent on many parameters that affect the regularity of structure and parameters of the ceramics produced. They were investigated primarily by changes in temperature and input voltage. All results were examined by SEM analysis.

The aim of this qualitative study was to understand how older women experience their roles as care-givers to HIV/AIDS affected households in the Atteridgeville community and to identify specific problems they encounter. Twelve older women attending three elderly day care centres in Atteridgeville participated in the study. Purposive sampling was done and data was collected through two focus group interviews. Colaizzi‟s seven-step method of data analysis yielded the following four main themes: Caring for adult children with HIV/AIDS, Caring for HIV affected and infected grandchildren, Multiple role players involved in caring for HIV/AIDS persons, The impact on the lives of care-givers. Factors with a positive and negative impact on caring for HIV/AIDS households were identified. The study raises awareness for the need for social workers in Atteridgeville to intervene in assisting older women in their challenging role of caring for HIV/AIDS households / Health Studies / M.A. (Public Health)

Material point method (MPM) is a numerical tool which was originally used for modelling large deformations of solid mechanics problems. Due to the particle based spatial discretiza- tion, MPM is naturally capable of handling large mass movements together with topological changes. Further, the Lagrangian particles in MPM allow an easy implementation of history dependent materials. So far, however, research on MPM has been mostly restricted to explicit dynamic formu- lations with linear approximation functions. This is because of the simplicity and the low computational cost of such explicit algorithms. Particularly in MPM analysis of geomechan- ics problems, a considerable attention is given to the standard explicit formulation to model dynamic large deformations of geomaterials. Nonetheless, several limitations exist. In the limit of incompressibility, a significantly small time step is required to ensure the stability of the explicit formulation. Time step size restriction is also present in low permeability cases in porous media analysis. Spurious pressure oscillations are another numerical instability present in nearly incompressible flow behaviours. This research considers an implicit treatment of the pressure in MPM algorithm to simu- late material incompressibility. The coupled velocity (v)-pressure (p) governing equations are solved by applying Chorin’s projection method which exhibits an inherent pressure stability. Hence, linear finite elements can be used in the MPM solver. The main purpose of this new MPM formulation is to mitigate artificial pressure oscillations and time step restrictions present in the explicit MPM approach. First, a single phase MPM solver is applied to free surface incompressible fluid flow problems. Numerical results show a better approximation of the pressure field compared to the results obtained from the explicit MPM. The proposed formulation is then extended to model fully saturated porous materials with incompress- ible constituents. A solid velocity(v S )-fluid velocity (v F )-pore pressure (p) formulation is presented within the framework of mixture theory. Comparing the numerical results for the one-dimensional consolidation problem shows that the proposed incompressible MPM algorithm provides a stable and accurate pore pressure field even without implementing damping in the solver. Finally, the coupled MPM is used to solve a two-dimensional wave propagation problem and a plain strain consolidation problem. One of the important features of the proposed hydro mechanical coupled MPM formulation is that the time step size is not dependent on the incompressibility and the permeability of the porous medium.

Cette thèse est dédiée à une classe particulière de modèles à facteurs dynamiques non linéaires, les modèles à facteurs dynamiques à changement de régime markovien (MS-DFM). Par la combinaison des caractéristiques du modèle à facteur dynamique et celui du modèle à changement de régimes markoviens(i.e. la capacité d’agréger des quantités massives d’information et de suivre des processus fluctuants), ce cadre s’est révélé très utile et convenable pour plusieurs applications, dont le plus important est l’analyse des cycles économiques.La connaissance de l’état actuel des cycles économiques est crucial afin de surveiller la santé économique et d’évaluer les résultats des politiques économiques. Néanmoins, ce n’est pas une tâche facile à réaliser car, d’une part, il n’y a pas d’ensemble de données et de méthodes communément reconnus pour identifier les points de retournement, d’autre part, car les institutions officielles annoncent un nouveau point de retournement, dans les pays où une telle pratique existe, avec un délai structurel de plusieurs mois.Le MS-DFM est en mesure de résoudre ces problèmes en fournissant des estimations de l’état actuel de l’économie de manière rapide, transparente et reproductible sur la base de la composante commune des indicateurs macroéconomiques caractérisant le secteur réel.Cette thèse contribue à la vaste littérature sur l’identification des points de retournement du cycle économique dans trois direction. Dans le Chapitre 3, on compare les deux techniques d’estimation de MS-DFM, les méthodes en une étape et en deux étapes, et on les applique aux données françaises pour obtenir la chronologie des points de retournement du cycle économique. Dans Chapitre 4, sur la base des simulations de Monte Carlo, on étudie la convergence des estimateurs de la technique retenue - la méthode d’estimation en deux étapes, et on analyse leur comportement en échantillon fini. Dans le Chapitre 5, on propose une extension de MS-DFM - le MS-DFM à l’influence dynamique (DI-MS-DFM)- qui permet d’évaluer la contribution du secteur financier à la dynamique du cycle économique et vice versa, tout en tenant compte du fait que l’interaction entre eux puisse être dynamique. / This thesis is dedicated to the study of a particular class of non-linear Dynamic Factor Models, the Dynamic Factor Models with Markov Switching (MS-DFM). Combining the features of the Dynamic Factor model and the Markov Switching model, i.e. the ability to aggregate massive amounts of information and to track recurring processes, this framework has proved to be a very useful and convenient instrument in many applications, the most important of them being the analysis of business cycles.In order to monitor the health of an economy and to evaluate policy results, the knowledge of the currentstate of the business cycle is essential. However, it is not easy to determine since there is no commonly accepted dataset and method to identify turning points, and the official institutions announce a newturning point, in countries where such practice exists, with a structural delay of several months. The MS-DFM is able to resolve these issues by providing estimates of the current state of the economy in a timely, transparent and replicable manner on the basis of the common component of macroeconomic indicators characterizing the real sector. The thesis contributes to the vast literature in this area in three directions. In Chapter 3, I compare the two popular estimation techniques of the MS-DFM, the one-step and the two-step methods, and apply them to the French data to obtain the business cycle turning point chronology. In Chapter 4, on the basis of Monte Carlo simulations, I study the consistency of the estimators of the preferred technique -the two-step estimation method, and analyze their behavior in small samples. In Chapter 5, I extend the MS-DFM and suggest the Dynamical Influence MS-DFM, which allows to evaluate the contribution of the financial sector to the dynamics of the business cycle and vice versa, taking into consideration that the interaction between them can be dynamic.