L'objectif de cette thèse concerne l'optimisation d'un banc de mesure CEM destiné à la caractérisation in vitro de l'immunité des stimulateurs cardiaques aux perturbations électromagnétiques de basse fréquence ainsi que l'aspect modélisation numérique. Dans une première partie, après avoir présenté les bases théoriques du bioélectromagnétisme, nous abordons le fonctionnement électrique du cœur et une description fonctionnelle des stimulateurs cardiaques. Une revue de la littérature consacrée aux interactions entre stimulateurs cardiaques et sources d'interférences est exposée. L'optimisation du banc de mesure concerne la source de champ magnétique et le modèle équivalent tissu qui permet les essais in vitro. La source de champ magnétique réalisée est une structure originale constituée de quatre bobines contenues dans une enveloppe sphérique qui permet de produire un champ magnétique homogène à l'ordre 4. Le modèle équivalent tissu est réalisé sur la base d'une solution saline. Dans le quatrième chapitre, après une revue des différentes méthodes de simulation numérique utilisées en dosimétrie électromagnétique, nous présentons une méthode numérique originale basée sur la méthode des impédances qui permet de déterminer les potentiels induits dans un milieu soumis à un couplage galvanique. Le dernier chapitre concerne la mesure et la simulation de tension induite, in vitro, aux bornes d'un stimulateur soumis à des perturbations conduites et rayonnées. La démarche proposée permet ensuite de déterminer, par simulation numérique, le niveau d'immunité d'un stimulateur cardiaque soumis à des perturbations électromagnétiques en fonction de ses caractéristiques électriques, des caractéristiques géométriques d'implantation ainsi que du milieu de couplage.

Ce manuscrit résume neuf années de recherche passées au laboratoire TIMA dans les domaines de la conception circuits suivants : - Capteurs de vision CMOS à grande dynamique - Capteurs de vision CMOS à adaptation aux conditions lumineuses - Convertisseur analogique numérique asynchrone - Bibliothèques de cellules asynchrones - Etude des courants de fuite dans les circuits numériques - Etude de la compatibilité électromagnétique dans les circuits asynchrones (émission et immunité)

Dans le domaine de l'électronique de puissance, afin d'améliorer l'efficacité du fonctionnement des associations convertisseurs-machines, les semi-conducteurs utilisés fonctionnent à des fréquences de plus en plus élevées, ceci engendre des perturbations électromagnétiques très contraignantes.Durant cette étude, nous nous intéressons particulièrement aux perturbations conduites de mode commun (MC) qui est le mode le plus pénalisant dans ce genre de système. Ces perturbations vont d'une part dégrader les roulements du moteur et d'autre part se propager vers l'alimentation et engendrer des perturbations rayonnées qui peuvent créer des dysfonctionnements dans les appareils environnants, notamment les systèmes électroniques bas niveau. Ces perturbations, qui font partie des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM), attirent de plus en plus l'attention des industriels, notamment dans le domaine aéronautique qui s'oriente vers une génération d'avions « plus électriques ». Pour assurer la sûreté de fonctionnement, il convient de respecter des normes de CEM strictes (ex. DO-160D en aéronautique). La modélisation du système constitue le point de départ de ce travail. L'approche choisie, dite « quadripolaire », est basée sur des mesures spécifiques de la tension de MC générée par l'onduleur, et des impédances équivalentes de MC de chaque constituant du système qui est représenté par un quadripôle associé à une matrice d'impédance [Z]. Ce modèle simple, efficace et surtout versatile nous permet d'estimer ou de calculer directement dans le domaine fréquentiel les courants et les tensions de MC aux différents points du circuit. La confrontation aux résultats expérimentaux montre la validité du modèle sur une large gamme de fréquences. Ce modèle est ensuite exploité à des fins d'études de sensibilité et de dimensionnement de solutions de réduction des perturbations conduites de MC. Enfin, un modèle, tenant compte du courant circulant dans le plan de masse, propose une modélisation proche d'un système d'entraînement réel installé en secteur industriel ou à bord d'un avion.

Les effets néfastes voire critiques de la connectique sont bien connus des concepteurs de convertisseurs d'électronique de puissance, qui cherchent ainsi à minimiser les surtensions, les pertes et les interactions CEM. Néanmoins le dimensionnement des interconnexions reste toujours un point délicat à cause des phénomènes électromagnétiques mis en jeu difficiles à anticiper dans une phase de dimensionnement. Les dispositifs actuels, de plus en plus complexes, ne peuvent plus se satisfaire d'une approche classique basée sur l'expérience et le bon sens des concepteurs.<br />Dans un premier temps un modèle générique du câblage basé sur les entrées/sorties a été proposé. La génération automatique de ce modèle à partir du logiciel InCa (Inductance Calculation) vers les simulateurs circuit (Saber, P-Spice)constitue une avancée importante dans la modélisation fine des convertisseurs et s'insère parfaitement dans le cadre du prototypage virtuel des convertisseurs. Cette approche permet l'analyse des signaux difficilement accessibles par des moyens de mesures traditionnelles. L'influence de la connectique peut ainsi être mise en évidence. Dans un second temps, une approche ciblée sur le câblage a permis de résoudre les problèmes d'interactions et de déséquilibres introduits par le câblage. Directement à partir des matrices impédances, il est alors possible de déterminer la qualité des interconnexions et de mettre en oeuvre un processus d'optimisation autour de règles de câblage. Ce travail constitue une avancée importante dans la conception des interconnexions.

Les composants à grille isolée sont de plus en plus souvent utilisés dans les variateurs de lumière connectés au secteur. L'utilisation de ces composants permet d'assurer la compatibilité électromagnétique du système en contrôlant les formes d'onde de commutation. Dans ce contexte, l'objet de ce travail porte sur l'étude des méthodes de commande des composants à grille isolée permettant de réduire les perturbations émises tout en conservant des pertes de commutation acceptables. Nous présentons dans une première partie un modèle comportemental du MBS lors de sa fermeture sur charges résistives. Ce modèle permet d'analyser l'influence des différents paramètres électriques du MBS sur les formes d’onde de commutation. Il permet également de déterminer en simulation les perturbations électromagnétiques générées. Dans une seconde partie nous nous intéressons aux circuits de commande permettant aux variateurs de lumière utilisant des MBS de respecter les normes de compatibilité électromagnétique. Une méthode de dimensionnement des commandes R-C est présentée. Les performances de ce type de commande en terme de perturbations électromagnétiques générées et de pertes de commutation sont déterminées en simulation puis en mesure. La principale limite de ces commandes provient de leur sensibilité aux variations des paramètres électriques du composant commandé. Ceci nous a poussé à développer un nouveau type de commande permettant d'assurer des commutations peu perturbatrices de manière simple et fiable. Le principe de la commande développée, basée sur un contrôle en courant du composant, est présenté et ses performances sont analysées tant en simulation qu'en réalité. La sensibilité aux dispersions de paramètre obtenue est faible par rapport à celle des commandes classiques. D'autre part, le circuit de commande proposé présente l'avantage d'être réalisable sous forme d'un circuit intégré monolithique. L'utilisation de cette nouvelle commande a permis la réalisation d'un variateur de lumière à MBS d'une puissance maximale de 500W respectant les normes CEM sans filtre secteur et ne dissipant qu'une puissance de 3,5W soit un rendement de conversion de 99,3%.

Les outils informatiques deviennent incontournables pour les concepteurs de circuits en électronique de puissance. Les étapes de tests sur prototypes n'échappent pas à cette règle. Le travail présenté dans ce manuscrit s'inscrit dans cet axe de " prototypage informatique ". Il met en avant l'étude de l'environnement électromagnétique des composants de puissance. Plus précisément, les imperfections dues au câblage seront étudiées. Dans un premier temps, les inductances parasites sont étudiées pour des structures particulières de câblage : la technologie busbar. Cette étude s'inscrit dans une volonté d'intégrer le câblage comme un composant à part entière dans les logiciels. Une méthode permettant de s'affranchir des déséquilibres en courant dans les composants mis en parallèles est également présentée. Dans une deuxième partie, l'aspect capacitif est pris en compte. Le but de cette étude est de trouver une méthode rapide et efficace de déterminer les capacités parasites de systèmes complexes. Une comparaison de plusieurs logiciels est donc effectuée. La méthode retenue est une adaptation de la méthode PEEC. Celle-ci est validée par des mesures.

Face à la complexité grandissante des convertisseurs statiques présents dans tout système électrique, les ingénieurs de conception ont besoin d'outils de modélisation électromagnétique de plus en plus performants, notamment en ce qui concerne la Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM). L'objectif de ce travail est de prendre en compte, sous la forme de capacités parasites, les couplages électriques en haute fréquence dans la modélisation CEM de dispositifs d'électronique de puissance. Plusieurs formulations intégrales basées sur la Méthode des Moments, ainsi que l'Adaptive Multi-Level Fast Multipole Method ont été développées et validées pour l'extraction de ces capacités équivalentes. Cette dernière méthode, qui permet d'accélérer les temps de calcul tout en limitant la place mémoire nécessaire (pas de stockage de matrice pleine), a été adaptée au problème pour garantir une meilleure précision des résultats en fonction du maillage. Un prototype de cet algorithme de calcul a été intégré dans le logiciel InCa3D, basée sur la méthode PEEC, permettant ainsi de construire un schéma électrique équivalent à constantes localisées où les effets capacitifs sont couplés au modèle résistif et inductif de la structure. Plusieurs cas tests, issus de la littérature ou d'applications industrielles, ont été simulés par le biais de ces schémas équivalents, soit dans un solveur circuit soit dans InCa3D, afin d'évaluer leurs performances CEM conduites et rayonnées. Enfin, les comparaisons réalisées avec des mesures ont donné de bons résultats et valident ainsi l'approche proposée. Une telle stratégie peut aisément faire partie de toute modélisation de type système, car elle permet de traiter des dispositifs de complexité industrielle sur une large bande de fréquences avec un modèle léger.

La mission spatiale internationale Mars96 devait emporter vers la planète rouge un aérostat développé en France par le CNES. Le guiderope métallique de cet aérostat devait contenir un radar de sondage de la subsurface jusqu'au kilomètre de profondeur. La mission du ballon sur Mars96 a été reportée puis annulée. Ce mémoire présente et discute l'essentiel des développements de ce nouvel instrument radar, certaines parties spécifiques et originales sont détaillées. L'évaluation de performance, l'étude de la dynamique des signaux avec adaptation de l 'instrument, et l'évaluation de la quantité d'information disponible terminent ce mémoire.

Les normes électriques liées aux harmoniques réseau exigent une "qualité" de fonctionnement qui poussent à utiliser des structures de conversion plus "propres". Les redresseurs à prélèvement sinusoïdal répondent à ces nouvelles contraintes. Néanmoins ces structures repoussent le problème dans les hautes fréquences, domaine lui aussi soumis à certaines contraintes. Pour en parfaire la qualité de fonctionnement, il devient de plus en plus nécessaire d'en étudier le comportement haute fréquence laissé de côté jusqu'à présent. Ce travail présente un nouveau moyen d'étude des perturbations conduites créées par les redresseurs de courant commandés permettant de limiter les problèmes liés à la double échelle de temps (fréquence réseau et fréquence de découpage). Basé sur deux concepts (linéarisation et modélisation fréquentielle), il est applicable dans le cas des structures à entrée en courant. Une première partie présente les principales structures et modes de fonctionnement de cette famille de convertisseur. L'une d'elle, "le redresseur à injection dans neutre artificiel" fait l'objet d'une étude plus détaillée. TI s'en suit une présentation des aspects CEM conduits en électronique de puissance et la description de la démarche de modélisation fréquentielle. Plusieurs remarques liées au comportement perturbateur des redresseurs sont faites. Le modèle fréquentiel est alors appliqué au redresseur mono-interrupteur en conduction continue. Celui-ci est validé (comparaisons théoriques et pratiques) puis utilisé à la caractérisation des perturbations conduites. Une étude des moyens de filtrage est alors proposée. Un dernier chapitre est consacré à l'étude du redresseur monophasé en pont complet. Une fois le modèle fréquentiel établi et validé, une étude du comportement fonctionnel de cette structure est proposée. TI est montré que les niveaux de perturbations conduites peuvent être fortement réduits selon les choix fonctionnels et structurels à faire.

Cette étude est consacrée au développement d'outils logiciels dédiés à la Conception Assistée par Ordinateur des convertisseurs statiques non isolés, prenant en compte les aspects de compatibilité électromagnétique.<br />Nous présentons d'une part les modèles de composants silicium utilisés et d'autre part notre contribution à la modélisation du circuit imprimé et au développement des outils logiciels associés, dans l'objectif de parvenir à la constitution de modèles " Circuit ". Les modèles de composants actifs sont adaptés aux contraintes propres à la simulation en C.E.M. La modélisation du circuit imprimé est basée sur la méthode des fils-fins, méthode monodimensionnelle issue de la théorie des lignes. Enfin, un outil logiciel permet de constituer la librairie SPICE des différents segments de piste imprimé, qu'ils soient couplés ou non. Le modèle électrique complet du convertisseur ainsi obtenu permet de simuler et d'étudier sous SPICE son comportement électrique et CEM.<br />La bonne concordance obtenue entre les résultats mesurés et simulés, tant de l'admittance présentée par le circuit imprimé que des spectres des courants de perturbations conduites, permet de valider cette approche de modélisation, ainsi que la démarche d'étude des perturbations conduites dans un convertisseur non isolé..