L'influence des radiations naturelles sur les composants électroniques est un sujet qui est bien connu des acteurs du spatial et de l'aéronautique. Il n'en va pas de même pour les industries des transports (automobile, ferroviaire) alors que la vulnérabilité des composants « au sol » est bien réelle.Avec le développement massif des véhicules hybrides/électriques, les composants de puissance à semi-conducteur tels les IGBT (Transistor Bipolaire à Grille Isolée) vont être utilisés en très grand nombre dans les convertisseurs d'énergie utilisés comme maillons de fonctions critiques. La fiabilité de ces composants, basés sur des technologies récentes, contrairement à ce qui est utilisé pour les applications spatiales, doit être assurée.Le travail de thèse s'inscrit dans ce cadre et vise à identifier les phénomènes de défaillances des IGBT, composants incontournables dans les systèmes de conversion de l'énergie avec l'outil de simulation TCAD. Leur fiabilité sera estimée pour l'environnement radiatif naturel au niveau du sol afin de déterminer les probabilités de défaillances au niveau du composant et, plus tard, au niveau du système. Après avoir appréhendé les mécanismes de destruction de ces technologies pour lesquelles peu de travaux ont été effectués, il s'agira de quantifier le risque auquel sont exposés les systèmes électroniques face à l'environnement radiatif au sol. Les travaux présentés dans ce manuscrit, constituent une première étape visant à comprendre les différents mécanismes de défaillance des composants de puissance vis-à-vis des effets singuliers. L'objectif recherché à plus lointaine échéance est de déterminer dans quelle mesure ces mécanismes physiques complexes peuvent être simplifiés afin d'ouvrir la voie au développement de modèles de prédiction compactes. Un tel développement pourrait permettre de faire parvenir les outils de prédiction dédiés aux composants de puissance à la même maturité que ceux développés pour l'électronique numérique. / The influence of natural radiation on electronic devices is a topic that is well-known in the space and aeronautics areas. This is not true for the transportation industries (automotive, rail) while the vulnerability of components in "ground" is real.With the massive development of hybrid/electric vehicles, power components such as semiconductor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and power MOS (Metal Oxide Semiconductor) will be used in large numbers in the power converters used in critical functions. The reliability of these components, based on recent technology, contrary to what is used for space applications must be assured.This work is aimed to assess the sensitivity of the investigated power devices considered as the core of the systems on energy conversion and identify physical phenomena inducing failure triggering and understand the different failure mechanisms of power components toward single event effects using TCAD simulation tool. The long term objective is to simplify these complex physical processes in order to develop prediction compact models. Such a development could be useful to achieve prediction tools dedicated to power components at the same maturity levels as those developed for digital electronics.

Ces travaux de thèse sont le fruit d’une collaboration entre le Laboratoire de Métrologie et Dosimétrie des Neutrons de l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire et le Département d’Environnement Spatial de l’Office National d’Etudes et Recherches Aérospatiales. L’objectif était de caractériser et de mettre en service un système opérationnel de spectrométrie des neutrons, étendu au domaine des hautes énergies afin de mesurer de manière dynamique les variations de l’environnement radiatif naturel atmosphérique en altitude au sommet de l’Observatoire du Pic du Midi de Bigorre dans les Pyrénées. Pour ce faire, les réponses des différents détecteurs ont été calculées par simulations Monte Carlo avant d’être validées expérimentalement jusqu’au domaine des hautes énergies en champs neutroniques de référence. La méthode de reconstruction mathématique du spectre par déconvolution a été étudiée afin de quantifier les incertitudes systématiques. Ensuite, le système a été testé sous la roche au Laboratoire Souterrain à Bas Bruit de Rustrel avant d’effectuer les premières mesures en altitude à +500 m et +1000 m. A la suite de ces expériences, le spectromètre a été installé en mai 2011 au sommet du Pic du Midi à +2885 m. La méthodologie d’analyse en continu des données recueillies a été développée. Des oscillations saisonnières du spectre dont l’amplitude dépend du domaine énergétique ont été mises en évidence. Des décroissances Forbush,caractéristiques d’éruptions solaires, ont également été observées à l’approche du 24ème cycle solaire.Des simulations Monte Carlo ont permis d’analyser ces résultats. Les données ont été valorisées grâce à des applications en dosimétrie personnelle et en fiabilité des composants électroniques vis-à-vis des radiations. / This PhD Thesis has been achieved thanks to the joint effort between two French organizations, the French Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety (IRSN/LMDN, Cadarache) and the French Aerospace Lab (ONERA/ DESP, Toulouse). The aim was to develop an operational neutron spectrometer extended to high energies in order to measure the dynamics of the spectral variations of the natural radiative environment at the summit of the Pic du Midi Observatory in the French Pyrenees. Thereby, the fluence responses of each detector were calculated thanks to Monte Carlo simulations. Afterwards, they were validated by means of experimental campaigns up to high energies (>20 MeV) nearby reference neutron fields. The systematic uncertainties were deduced after detailed studies of the mathematic reconstruction of the spectra (i.e. unfolding procedure). Then, the system was tested under rocks at the LSBB of Rustrel before being installed at respectively+500 m and +1000 m above sea level for the first environmental campaigns. Finally, the spectrometer has been operating for two years after its deployment at the summit of the Pic du Midi (+2885 m). The continuous data were analysed thanks to an innovative method. Some seasonal and spectral variations were observed. Some Forbush decreases were also recorded after strong solar flares. These data were further analysed thanks to Monte Carlo simulations. The data were made more attractive thanks toseveral practical applications with personal dosimetry or reliability of submicron electronics components.