Les câbles sont utilisés de plus en plus pour le transport et la distribution de l’électricité en courant alternatif sur des distances de plus en plus longues. La prolifération de fermes éoliennes offshore qui nécessitent d’interconnexions avec le continent a aussi propulsé leur utilisation sous-marine. Modèles de câbles sont disponibles dans le bien connu logiciel Electro Magnetic Transient Program et sont destinés au domaine temporel. Ces modèles sont assemblés en utilisant différentes techniques, mais tous nécessitent une connaissance précise des paramètres des câbles dans le domaine fréquentiel. Dans ce but, pour le calcul des impédances des câbles tripolaires cette thèse propose une méthode qui améliore la prise en compte de la proximité entre tous les conducteurs : il s’agit d’une méthode semi-analytique qui utilise le concept duale de fils minces et sous-conducteurs pour décrire la densité de courant à l’intérieur des conducteurs et le calcul des impédances. L’effet du retour par la mer est aussi analysé et une méthode quasi Monte Carlo est proposé, afin de résoudre les intégrales qui décrivent la formulation des impédances pour le sol à deux couches (la mer et son fond) sur lequel ces câbles sont posés. L’effet du à la présence des couches de semi-conducteur dans les câbles est aussi traité. La méthode de collocation stochastique est aussi décrite et appliquée, afin de prendre en compte la variabilité des paramètres d’entrée. / Cables are extensively used for underground alternating current electricity distribution and progressively over longer distances ; the proliferation of offshore wind farms which require interconnections with the mainland has also increased their use underwater. Models of cables are available in the well-known Electro Magnetic Transient Program software and are designed to the time-domain. These models are assembled using different techniques but all of them need a precise knowledge of the frequency domain parameters of the cables. Accordingly, for the calculation of the impedances of three-core submarine power cables this thesis proposes an improved method to consider the proximity effect between all conductors. The method, which is a semi-analytical, uses the dual concept of thin-wires and sub-conductors to describe the current density inside the conductors and the calculation of the impedances. The effect of the sea return is also analyzed and a quasi Monte Carlo method is proposed, to solve the integrals describing the impedances formulations for the two layer soil (the sea and seabed) upon which the submarine cables are laid. The effect due to the presence of semi-conducting layers in the cables is also treated. The stochastic collocation method is also described and applied, in order to account for the variability of the input parameters.

Cette thèse porte sur l'analyse et la modélisation des interactions électromagnétiques sur des torons aéronautiques constitués de câbles multiconducteurs représentatifs de la réalité industrielle. En effet les évolutions technologiques (introduction de matériaux composites, augmentation des fonctions électriques,..) conduisent à revoir les niveaux d'exigence des couplages électromagnétiques sur torons de câbles. Ainsi, les outils de dimensionnement de ces couplages s'avèrent indispensables pour décider des choix technologiques d'architectures des câblages.Dans ce contexte, les codes numériques basés sur la théorie des lignes de transmission permettent de calculer les couplages électromagnétiques au sein de torons multiconducteurs. Ces modèles numériques doivent être alimentés par la description géométrique des sections droites de toron. Un outil logiciel de génération de sections droites de toron a étévalidé dans un premier temps par comparaison à une référence bibliographique, puis par une étude expérimentale d'un toron réel d'A380. Cette étude de suivi de positionnement de conducteur dans le toron a mis en évidence que le cheminement des câbles au sein du toron dépendait de leur rigidité. Ainsi, la bifilaire torsadée non blindée est le câble dont le cheminement est le moins maîtrisé. De plus, ce type de câble très couramment utilisé pour transmettre desdonnées en mode différentiel, est à l'origine de couplages spécifiques qu'il est essentiel d'analyser pour correctement les modéliser. Par conséquent, le premier cas étudié est composé d'une bifilaire torsadée agresseur et d'une monofilaire victime. Les simulations numériques ont montré que les courants induits le long de la monofilaire victime présentaient un motif propre à la torsade de la bifilaire agresseur. Ce motif a été expliqué par une approche analytique et confirmé par expérimentations. La prise en compte des torsades dans une simulation numérique induisant des temps de calculs prohibitifs, un modèle simplifié de câble torsadé basé sur un moyennage des paramètres linéiques a été développé et validé. L'effet des extrémités dé-torsadées résultant de la connectorisation a également été évalué d'un point de vue numérique et expérimental. Les cas d'étude ont ensuite été complexifiés à des couplages entre bifilaires torsadées jusqu'à traiter un toron réel de plus de 60 conducteurs. Un banc expérimental a été développé. La modélisation numérique de ce toron complexe a été réalisée et les résultats numériques de couplages électromagnétiques confrontés aux données expérimentales. En vue de réduire considérablement les temps de calculs, le modèle simplifié a étéappliqué à ce toron. Sa potentialité a été démontrée. Une analyse statistique de la dispersion des couplages lectromagnétiques au sein de ce toron complexe a finalement été abordée.

Les câbles sont utilisés de plus en plus pour le transport et la distribution de l'électricité en courant alternatif sur des distances de plus en plus longues. La prolifération de fermes éoliennes offshore qui nécessitent d'interconnexions avec le continent a aussi propulsé leur utilisation sous-marine. Modèles de câbles sont disponibles dans le bien connu logiciel Electro Magnetic Transient Program et sont destinés au domaine temporel. Ces modèles sont assemblés en utilisant différentes techniques, mais tous nécessitent une connaissance précise des paramètres des câbles dans le domaine fréquentiel. Dans ce but, pour le calcul des impédances des câbles tripolaires cette thèse propose une méthode qui améliore la prise en compte de la proximité entre tous les conducteurs : il s'agit d'une méthode semi-analytique qui utilise le concept duale de fils minces et sous-conducteurs pour décrire la densité de courant à l'intérieur des conducteurs et le calcul des impédances. L'effet du retour par la mer est aussi analysé et une méthode quasi Monte Carlo est proposé, afin de résoudre les intégrales qui décrivent la formulation des impédances pour le sol à deux couches (la mer et son fond) sur lequel ces câbles sont posés. L'effet du à la présence des couches de semi-conducteur dans les câbles est aussi traité. La méthode de collocation stochastique est aussi décrite et appliquée, afin de prendre en compte la variabilité des paramètres d'entrée.

La prolifération sur les réseaux électriques de charges non linéaires entraîne une augmentation des taux de distorsion harmonique. Ces charges non linéaires présentes chez les industriels et les particuliers, conçues avec de l'électronique de puissance, absorbent des courants non sinusoïdaux. La présence d'harmoniques sur les réseaux de distribution va impacter tous les matériels connectés au réseau, que ce soit à court terme ou à long terme. L'objectif de cette thèse est de quantifier l'impact des harmoniques sur les matériels connectés au réseau. L'étude bibliographique réalisée au début de la thèse nous a permis de dégager deux matériels à étudier plus précisément : les câbles basse tension et les transformateurs de distribution. Dans un premier temps, nous étudions le comportement thermique des câbles basse tension en présence d'harmoniques. Les câbles étudiés possèdent un conducteur de neutre qui permet la circulation des harmoniques de rangs multiples de trois. Nous avons réalisé une modélisation par éléments finis des câbles en réalisant un couplage électromagnétique ? thermique. Les résultats obtenus sont comparés à des mesures. Dans un second temps, nous présentons une modélisation analytique de la résistance des enroulements d'un transformateur permettant d'estimer les pertes en présence d'harmoniques. Les performances de cette modélisation ont été confrontées à des mesures. Nous étudions ensuite l'impact des harmoniques sur le comportement thermique des transformateurs grâce à des simulations et des mesures réalisées sur un transformateur de distribution. Nous concluons par une discussion sur l'impact des harmoniques sur la durée de vie des transformateurs.

Cette thèse porte sur l’analyse et la modélisation des interactions électromagnétiques sur des torons aéronautiques constitués de câbles multiconducteurs représentatifs de la réalité industrielle. En effet les évolutions technologiques (introduction de matériaux composites, augmentation des fonctions électriques,..) conduisent à revoir les niveaux d’exigence des couplages électromagnétiques sur torons de câbles. Ainsi, les outils de dimensionnement de ces couplages s’avèrent indispensables pour décider des choix technologiques d’architectures des câblages.Dans ce contexte, les codes numériques basés sur la théorie des lignes de transmission permettent de calculer les couplages électromagnétiques au sein de torons multiconducteurs. Ces modèles numériques doivent être alimentés par la description géométrique des sections droites de toron. Un outil logiciel de génération de sections droites de toron a étévalidé dans un premier temps par comparaison à une référence bibliographique, puis par une étude expérimentale d’un toron réel d’A380. Cette étude de suivi de positionnement de conducteur dans le toron a mis en évidence que le cheminement des câbles au sein du toron dépendait de leur rigidité. Ainsi, la bifilaire torsadée non blindée est le câble dont le cheminement est le moins maîtrisé. De plus, ce type de câble très couramment utilisé pour transmettre desdonnées en mode différentiel, est à l’origine de couplages spécifiques qu’il est essentiel d’analyser pour correctement les modéliser. Par conséquent, le premier cas étudié est composé d’une bifilaire torsadée agresseur et d’une monofilaire victime. Les simulations numériques ont montré que les courants induits le long de la monofilaire victime présentaient un motif propre à la torsade de la bifilaire agresseur. Ce motif a été expliqué par une approche analytique et confirmé par expérimentations. La prise en compte des torsades dans une simulation numérique induisant des temps de calculs prohibitifs, un modèle simplifié de câble torsadé basé sur un moyennage des paramètres linéiques a été développé et validé. L’effet des extrémités dé-torsadées résultant de la connectorisation a également été évalué d’un point de vue numérique et expérimental. Les cas d’étude ont ensuite été complexifiés à des couplages entre bifilaires torsadées jusqu’à traiter un toron réel de plus de 60 conducteurs. Un banc expérimental a été développé. La modélisation numérique de ce toron complexe a été réalisée et les résultats numériques de couplages électromagnétiques confrontés aux données expérimentales. En vue de réduire considérablement les temps de calculs, le modèle simplifié a étéappliqué à ce toron. Sa potentialité a été démontrée. Une analyse statistique de la dispersion des couplages lectromagnétiques au sein de ce toron complexe a finalement été abordée. / This thesis focuses on the analysis and the modeling of electromagnetic interactions on aeronautical bundles made of multicore cables representative of the industrial reality. Indeed, technological changes (introduction of composite materials, increased electrical functions, ...) force to reconsider the requirement levels of electromagnetic coupling on cable bundles. Thus, the design tools of these electromagnetic couplings are essential to help to technological choices of architectureswiring. In this context, numerical software based on transmission line theory can calculate the electromagnetic coupling in complex bundles. These numerical models need the geometric description of bundles cross sections. A software tool for generating bundles cross sections was initially validated by comparison to a bibliographic reference, followed by anexperimental study of a real bundle arised from an A380. This analysis of conductors positioning along the bundle showed that the cable routing depends on the cable stiffness. Thus, the unshielded twisted cable appears to be the cable which routing is less controlled. In addition, this type of cable most commonly used to tr nsmit data in differential mode can generate specific couplings which are important to analyze for correctly modeling this cable. Therefore, the first case studied is composed of a twisted pair cable aggressor and a single victim wire. Numerical simulations have shownthat the induced currents along the victim wire had a behavior specific to the twist of the twisted pair cable aggressor. This pattern has been explained by an analytical approach and confirmed by experiments. Taking into account twists in numerical simulation leads to prohibitive computational time. Therefore, a simplified model based on averagingparameters per unit length of twisted cable was developed and validated. The effect of untwisted ends resulting from connection was also assessed numerically and experimentally. Case studies were complicated to coupling between twisted pair cabl es and finally to a real bundle with more than 60 wires. An experimental bench was developed. Numerical modeling of the complex bundle has been carried out and numerical results of electromagnetic couplings compared to experimental data. In order to significantly reduce the computation time, the simplified model was applied to this bundle. Itsefficiency has been demonstrated. A statistical analysis of the dispersion of electromagnetic couplings within this complex bundle was finally addressed.

Le travail présenté dans ce mémoire s'intéresse à la simulation du comportement mécanique de câbles d'ascenseurs. Le but de ce travail est d'élaborer une méthode permettant de simuler le comportement mécanique de tels câbles à moindre coût, et avec une précision suffisante.Dans un premier temps, différentes méthodes permettant de modéliser ou de simuler le comportement de ces câbles ont été comparées, et leurs avantages et inconvénients ont été analysés. Les résultats de modèles analytiques et de simulations éléments finis ont été comparés avec des données expérimentales. Les modèles analytiques considérés dans ce travail présentent un coût de calcul bien moins élevé que les modèles éléments finis, mais n'offrent pas une précision suffisante dans leurs résultats pour simuler le comportement de câbles d'ascenseurs. L'approche éléments finis a été retenue pour cette raison comme la plus adaptée pour simuler ce genre de câbles. Les coûts de calcul liés à cette approche sont cependant très élevés, et demandent la mise en oeuvre de méthodes particulières en vue de les réduire.Afin de réduire les temps de calculs, trois types de méthodes ont été considérées : les méthodes d'homogénéisation, les méta-modèles, et les techniques de réduction de modèle. L'approche de réduction de modèle a été retenue comme la plus appropriée et a été implémentée dans le code de simulation par éléments finis Multifil. Des résultats avec une bonne précision ont été obtenus en utilisant cette méthode, mais les coûts des simulations initiales sur le modèle complet afin d'obtenir un ensemble de solutions permettant de construire une base réduite apparaissent trop élevés dès qu'il s'agit de traiter des câbles de longueurs importantes. Pour remédier à ce problème, une méthode de réduction par tronçon a été formulée et implémentée. Cette méthode tire parti de la structure périodique du câble et permet d'identifier a base de réduction seulement sur un motif périodique élémentaire. Cette base est ensuite utilisée pour représenter la solution sur l'ensemble d'un câble composé de plusieurs tronçons.Le coût des multiplications matricielles nécessaires pour transformer le système linéaire du problème initial, en système linéaire réduit reste cependant trop important pour obtenir un gain significatif, en particulier dans le contexte de la résolution d'un problème non-linéaire. Pour pallier cette difficulté, une technique supplémentaire, appelée ``Discrete Empirical Interpolation Method'' (DEIM), a été mise en oeuvre avec succès, et a permis d'obtenir au final une réduction du coût de calcul d'un facteur 4. / The work presented in this dissertation is focused on the simulation of the mechanical behaviour of lift's wire ropes. The aim of the work is to elaborate a method to simulate the mechanical behaviour of such wire ropes with low computational cost and sufficient accuracy.First of all, several methods to model or simulate wire ropes have been compared and their weak and strong points have been highlighted. Analytical and finite element methods have been compared with experimental tests. It was concluded that analytical methods considered in this work have a lower computational cost than finite element methods, but the results obtained using them are not accurate enough to simulate lift wire ropes. Therefore, finite element methods have been considered as the most appropriate to simulate these wire ropes. However, their computational cost is high so some methods to reduce it must be applied.In order to reduce the computational time, three type of methods have been considered: homogenization, metamodeling and model order reduction. Model order reduction technique was chosen as the most adequate method and it was implemented in the wire rope finite element simulation program Multifil. Accurate results have been obtained, however the computational cost needed by initial simulations to get the snapshots used to define a reduce basis was too high for long wire ropes. To solve this problem, a sectionwise reduction method was proposed and implemented. This formulation takes advantage of the periodic structure of wire ropes: the reduced basis is identified only on a reference elementary section and used for all repetitive sections of a multi-section wire rope. The computational cost induced by the multiplication of matrices in order to transform the linear system of the initial problem into the linear system of the reduced problem was shown to remain too high, particularly in the context of the solving of a non-linear problem, to allow the global computational time to be significantly decreased using the proposed techniques. To overcome this difficulty, an additional technique, namely the so-called Discrete Empirical Interpolation Method (DEIM) was successfully implemented and tested, allowing a time reduction factor of 4 to be obtained.

Associés à un risque incendie important, les câbles électriques font l’objet d’une réglementation très stricte concernant leur réaction au feu. Des normes ont été mises en place afin d’inciter les câbliers à produire des câbles résistants au feu et dont les fumées sont peu toxiques. Les câbles électriques sont alors classés selon les Euroclasses en fonction de leurs performances lors de deux tests feu normés IEC 60332-1 (test sur câble unique) et EN 50399 (test grande échelle sur un faisceau de câbles). L’objectif de la thèse était d’analyser les principaux paramètres caractéristiques des câbles gouvernant leur classement au test grande échelle et de développer des méthodes permettant de prédire ce classement sans avoir à réaliser le test. Des corrélations ont ainsi été mises en évidence entre le test EN 50399 et les caractéristiques des câbles mais aussi entre le test EN 50399 et des tests petite échelle (test IEC 60332-1 et cône calorimètre). Au-delà des corrélations effectuées entre les tests feu, l’influence de paramètres matériau tels que l’épaisseur de gaine, la quantité de combustible interne ou la structure interne des câbles, a été étudiée pour la réaction au feu des câbles lors de ces trois essais. Comme attendu, la gaine extérieure joue un rôle majeur de protection des combustibles internes lors des premiers instants de la combustion. Cependant, l’isolant interne non ignifugé finit par se dégrader, alimenter la flamme et intensifier le dégagement de chaleur. Un modèle analytique a été optimisé lors de la thèse afin de prédire la courbe du taux de chaleur dégagée par des câbles lors d’essais au cône calorimètre à l’aide des paramètres structure câbles, configuration d’essai et irradiance. De plus, une simulation numérique d’essais au cône calorimètre a été proposée à l’aide d’une modélisation par éléments finis. Une géométrie complexe a dû être mise en place afin de prédire convenablement la courbe HRR du cône. Une méthode analytique a également été développée afin de prédire le classement feu des câbles électriques à partir des essais au cône calorimètre. / Associated with a significant fire risk, electrical cables are subject to strict regulations in regard to their fire reaction. Standards were established to encourage cable manufacturers to produce fire-resistant cables with low toxic fumes. The electrical cables have to be classified according to the Euroclasses according to their performance in two standard fire tests: IEC 60332-1 (single cable test) and EN 50399 (large scale test on a cable ladder). The aims of the thesis were to analyze the main characteristic parameters of the cables governing their classification in the large scale test and to develop methods to predict this classification without having to carry out the test. Correlations were highlighted between the EN 50399 test and the characteristics of the cables but also between the EN 50399 test and small scale tests (IEC 60332-1 test and calorimeter cone). More than the correlations made between the fire tests, the influences of material parameters such as sheath thickness, the amount of isolation or the structure of the cables, were studied for the fire reaction of the cables during these three tests. As expected, the sheath plays a major role in protecting the internal fuels during the first moments of combustion. However, the non-flame retarded insulation eventually degrades, fueling the flame and intensifying the heat release rate. An analytical model was optimized during the thesis to predict the curve of the heat release rate for cables burning under the calorimeter cône, using the cable structure, test configuration and irradiance parameters. In addition, a numerical simulation of cone calorimeter tests has been proposed using finite element modeling. Complex geometry had to be implemented in order to properly predict the HRR curve of the cone. An analytical method wasn developed to predict the fire classification of electric cables from cone calorimeter results.

L'augmentation des charges électriques embarquées dans l'avion « plus électrique » impose une vigilance accrue au niveau de la compatibilité électromagnétique. L'utilisation d'alimentations à découpage, nécessaires à la commande en vitesse des actionneurs électromécaniques, entraîne la circulation de courant de mode commun dans les câbles de puissance et donc la création de champs électromagnétiques. Les tolérances d'émission des équipements électriques aéronautiques proviennent la norme aéronautique civile DO-160E. Cette étude nous a permis de prédire les modes de rayonnement de plusieurs architectures de connexions des câbles de puissance parcourus par les signaux de l'électronique de puissance, dans les conditions spécifiques imposées par la norme DO-160E et selon leur mode de connexion à la masse. Nous présentons dans un premier temps la modélisation d'un système électrique constitué d'un convertisseur statique à configuration versatile, d'un câble de puissance ainsi que d'une charge. Cette modélisation est ensuite utilisée pour déterminer le champ électromagnétique rayonné par les câbles de puissance. Dans un deuxième temps, nous validons les résultats théoriques par des mesures de champ sur un banc d'essai versatile et représentatif.

Afin de développer les exploitations en eaux profondes, l'industrie pétrolière est confrontée depuis quelques années à la nécessité de modifier les systèmes d'amarrage de plate-forme classiques, habituellement constitués d'acier, pour avoir des systèmes plus légers. Dans le cadre de cette problématique, cette étude s'intéresse au comportement mécanique de câbles synthétiques pour deux matériaux différents, l'un étant déjà utilisé en remplacement de l'acier, et l'autre étant potentiellement utilisable : le PET et le PEN.<br />Dans le but d'une caractérisation multi-échelle, des essais mécaniques (principalement traction, fluage et sollicitation cyclique) ont été réalisés sur des assemblages de taille variable, allant de câbles de plusieurs centaines de kN de force à rupture aux plus petits de leurs composants, les<br />filaments. De fortes corrélations ont été observées entre le comportement quasi-statique des assemblages et celui des filaments, montrant que les effets de construction des assemblages sont limités et facilement identifiés. Le comportement des filaments est lui-même associé à des<br />mécanismes se déroulant à l'échelle moléculaire. En revanche, les résultats obtenus sous sollicitation<br />cyclique ont montré que la considération des mécanismes pouvant provoquer la rupture de filaments<br />individuels (fluage, fatigue en tension, échauffement par hystérésis...) ne suffit pas à expliquer la rupture des câbles. Ceci implique l'intervention d'autres mécanismes, propres aux assemblages, du type abrasion.<br />La comparaison des résultats obtenus pour les deux matériaux a montré que le PEN, très peu étudié jusqu'à ce jour, présente un comportement mécanique très proche de celui du PET.

Un épithélium est un tissu formé de cellules étroitement juxtaposées dont la fonction est d'isoler des organes entre eux ou vis-à-vis du milieu extérieur. Nous étudions la croissance d'un épithélium en géométrie confinée. En utilisant des techniques de microfabrication, nous avons développé un protocole de traitement de surface permettant de confiner un tissu dans une zone adhésive pendant plusieurs semaines. La résolution spatiale de cette technique est micrométrique, et nous autorise la conception de motifs adhésifs de diverses géométries. Dans notre étude, leurs tailles sont telles que les cellules s'y comportent collectivement. Nous analysons la croissance d'un épithélium de cellules Madine Derby Canine (MDCK) dans des domaines adhésifs circulaires. La migration et la densification du tissu sont étudiées par PIV (Particle image velocimetry) et d'autres techniques d'analyse d'image. Nous caractérisons les champs de vitesse et observons des oscillations de grande amplitude de la vitesse dont la période correspond à l'hypothèse d'une onde de contraintes se propageant dans l'épithélium. Nous caractérisons également l'apparition d'un bourrelet tridimensionnel de cellules à la périphérie de l'épithélium, rappelant les premières étapes de la tubulogénèse. Dans deux autres expériences, en utilisant une géométrie inverse, nous étudions le recouvrement d'un épithélium sur une région anti-adhésive. Nous montrons que ce recouvrement nécessite un câble d'actomyosine supracellulaire, et que la tension de ce câble s'opposant à une tension de surface définit une taille critique au-delà duquel le motif anti-adhésif ne peut pas être recouvert par l'épithélium