Les matériaux magnétiques composites doux sont utilisés pour réaliser des circuits magnétiques de machines électriques. Ils sont formés de particules de fer revêtues d'une mince couche de diélectrique et pressées à haute densité. La conception des machines électriques à l'aide de ces matériaux requiert la connaissance de méthodes de caractérisation de leurs propriétés électriques et magnétiques. L'optimisation des propriétés magnétiques des matériaux composites nécessite la compréhension des phénomènes se produisant à l'échelle microscopique et de leur influence sur la caractéristique d'aimantation à l'échelle macroscopique. Des méthodes de caractérisation adaptées aux matériaux magnétiques composites sont développées dans cette thèse : elles concernent la mesure de la caractéristique d'aimantation, de la résistivité et des pertes magnétiques. L'utilisation de ces méthodes démontre que l'inhomogénéité et l'anisotropie des propriétés des circuits magnétiques faits de matériaux magnétiques composites, considérées comme relativement négligeables dans les travaux publiés jusqu'à présent, sont suffisamment importantes pour influencer le développement du matériau, le dimensionnement des machines électriques et les tests de qualité en production. Un modèle permettant de relier la caractéristique d'aimantation à la structure des matériaux magnétiques composites et aux propriétés des constituants est proposé. Ce modèle est basé sur la simulation en calcul des champs de l'écoulement du flux magnétique à travers la structure microscopique du matériau et il permet de retrouver la caractéristique d'aimantation à l'échelle du circuit magnétique. Les relations obtenues démontrent un couplage significatif entre les propriétés globales, comme la perméabilité maximale, et certaines grandeurs à l'échelle microscopique, comme l'épaisseur du revêtement des particules de fer. Les modèles et les méthodes de caractérisation proposés peuvent ainsi être efficacement utilisés pour l'optimisation des dimensions des machines faites de matériaux magnétiques composites ainsi que pour l'optimisation des propriétés de ces matériaux en vue d'applications spécifiques.

Les activités électrostatiques que j'ai développées à Supélec sont les très modestes héritières d'une histoire prestigieuse, puisqu'elles sont en définitive issues des choix de Frédéric Joliot- Curie, qui dans les années 30 avait développé les premiers accélérateurs de particules français en créant le Laboratoire de Synthèse Atomique. Pour cela, il fallait notamment maîtriser la production et l'utilisation de tensions de plusieurs MV. Ces compétences « haute tension » ont été regroupées par la suite dans le Laboratoire de Physique des Décharges, qui a finalement abouti dans les locaux de Supélec. Roland Coelho, au début des années 1980, y apporta les premières sondes de mesure de potentiel et c'est dans ce laboratoire, aujourd'hui disparu en tant qu'entité indépendante, que j'ai fait ma thèse sous la direction de Max Goldman, à la frontière entre la physique de la décharge et l'électrostatique. Ces activités ont été ensuite transférées au Département Energie, avec le début de mon activité en 1994. Depuis, j'ai été le seul enseignant-chercheur permanent à porter cette thématique dans le Département, même si elle présente un lien avec l'activité menée par Emmanuel Odic et Mike Kirkpatrick sur les applications des plasmas froids. On peut regrouper mes travaux de recherche depuis lors selon 4 lignes directrices : 1) La modélisation dans toutes ses composantes du comportement d'un matériau soumis à une charge électrique : mon apport essentiel est d'avoir développé un mode opératoire permettant une exploitation plus sûre et plus détaillée des mesures de déclin de potentiel. D'une part, en montrant la nécessité de prendre en compte la superposition de mécanismes multiples dans la réponse d'un isolant lorsqu'on effectue ce type d'expérience, et d'autre part, en proposant de nouveaux outils de représentation ne préjugeant pas de la nature physique des phénomènes . 2) Le développement de techniques électrostatiques : différents outils pour varier le dépôt de charge (contact, corona, rouleau...), un banc de cartographie 2D de potentiel, un banc permettant la mesure de la dérive du potentiel d'une isolation polarisée en alternatif après l'ouverture du circuit, des dispositifs de mesure de charge. 3) La caractérisation de matériaux et de systèmes par des mesures de potentiel : ces mesures se sont montrées très bien adaptées pour mesurer les seuils d'injection de charge et la polarisation lente du polypropylène, du polyéthylène, de l'époxy, et d'élastomères silicones. Et la cartographie un bon outil pour localiser des fragilités locales à champ élevé (films polypropylène pour des condensateurs) et observer la progression souterraine de la corrosion sous des systèmes de peinture anticorrosion . 4) L'animation de la communauté française en Electrostatique, et une réflexion sur l'histoire de cette discipline : en France, l'Electrostatique apparaît peu comme champ de recherche autonome. La société française d'Electrostatique (SFE) a été fondée en 1997 pour répondre à ce problème, et s'insérer dans un réseau international déjà développé par ailleurs, notamment au Japon et aux Etats-Unis. Nous avons organisé à Supélec en 2008 sa 6ème conférence, et j'ai eu l'honneur d'être Guest Editor du 1er numéro spécial de IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation consacré à l'électrostatique. Par ailleurs, j'ai commencé une activité de recherche en histoire des sciences sur cette discipline, autour de deux axes : le rôle de l'électrostatique dans l'histoire de la radioactivité et du développement de la physique atomique en France, et l'utilisation de l'Electrostatique dans la médiatisation de la science.

Ce travail de thèse porte sur la modélisation du procédé de sertissage de contacts électriques sur des câbles à destination d'applications aéronautiques et de la tenue à l'arrachement des contacts sertis. Le sertissage est un assemblage par déformation plastique du contact électrique (composant) sur un câble multibrin. Deux types de technologies de sertissage sont traités. La technologie cuivre, couramment utilisée chez les industriels, met en jeux un contact de cuivre et un câble de cuivre composé de 19 brins. La technologie aluminium, mise au point ces dernières années pour limiter le poids des aéronefs, est caractérisée par l'assemblage d'un câble de 7 brins avec un contact en cuivre au travers d'une liaison électrique et d'une liaison d'étanchéité. Dans un premier temps, la caractérisation des paramètres de loi de comportement élastoplastique des matériaux est faite. La détermination des moyens d'essais appropriés, directement impactée par la faible dimension (ordre millimétrique) de nos échantillons, est suivie d'une analyse détaillée des résultats. Le recours à l'analyse inverse d'essais non normalisés est privilégié. Les résultats des différentes analyses sont validés indépendamment du sertissage. Dans un second temps, les étapes de mise au point des simulations de sertissage sont abordées de façon précise. Pour ce type de modèles fortement multi domaines, l'étude de l'influence des interactions est conduite. La détermination des paramètres de profondeur de sertissage est développée pour chaque technologie. Les premiers résultats de simulation sont discutés pour réduire les temps de calculs. Finalement, le modèle numérique développé est utilisé pour simuler le sertissage de contacts et l'arrachement de contacts sertis dans différentes configurations. L'étude de paramètres géométriques (diamètre des brins, diamètres des contacts, pas de torsadage des câbles), rhéologiques (cuivre standard, ayant subi un recuit insuffisant ou trop important) ou mécaniques (sous-sertissage, sur-sertissage) est faite pour vérifier l'influence sur les efforts de sertissage et les mécanismes de rupture à l'arrachement. Cette étude complète a pour objectif de valider des domaines de validité du sertissage. Celles-ci permettront aux industriels de vérifier la validité d'un sertissage en temps réel, en les comparant aux courbes d'efforts expérimentales par l'intermédiaire d'une pince électronique / This thesis focuses on the modeling of the aeronautical electrical contact crimping process for aircraft applications and the crimped contact mechanical holding. Electrical crimping is a plastic deformation process of a contact (component) on a multi-strand wire. Two types of crimping technologies are studied. The copper technology, widely used in the industry, is characterized by the assembly of a copper contact and a 19 strands copper cable. The aluminum technology, which has been recently developed to reduce the aircraft weight, is characterized by the assembly of a copper contact with a 7 strands cable through two electrical and sealing crimpings. At first, the elastoplastic parameters characterizations of the materials constitutive laws are made. The appropriate testing facilities determination, directly impacted by the small size (millimeter order) of our samples, is followed by a detailed results analysis. The non-standard tests inverse analysis use is preferred. The whole analyzes results are validated, regardless of the process itself. In a second step, the crimping simulation development steps are accurately performed. For this highly multi-model fields type, the study of the interactions influence is conducted. Determining the crimping indentation depth parameters is developed for each technology. The first simulation results are discussed to reduce computation time. Finally, the developed numerical model is used to simulate the contacts crimping and the mechanical holding over various configurations. The geometrical (strands diameter, contact diameter, twisting thread cables), rheological (standard copper having been insufficiently or excessively annealed) or mechanical (under-crimping, over-crimping) parameters study are made to check their influences on the crimping forces and the failure mechanisms while pulling. This study aims to validate the crimping efficiency. The manufacturers could be able to check in real time the crimping validity by comparing the experimental crimping force curves to validity curves integrated in an electronic crimping tool.