Pour répondre aux exigences réglementaires de plus en plus sévères au regard des émissions de CO2, l'industrie automobile voit poindre l'émergence des chaînes de traction électrique dans des structures véhicules en matériaux composites. Dans ce manuscrit, le point de vue du constructeur automobile est considéré. En effet, pour répondre aux exigences automobiles en compatibilité électromagnétique (CEM) pour l'homologation et la protection de la santé des personnes vis-à-vis des champs électriques et magnétiques, le blindage électromagnétique est l'une des solutions de conception les plus utilisées. Afin d'évaluer les meilleurs concepts à moindre coût et réduire autant que possible les délais de prototypage, la modélisation et la simulation numérique doivent encore se développer et être déployées. Les chapitres de ce manuscrit illustrent, étape par étape, la modélisation, la simulation et la validation expérimentale du blindage d'une architecture de chaîne de traction électrique. Dans un premier temps,l'influence d'un matériau composite à savoir l'époxy renforcé en fibres de carbone est étudié sur les émissions conduites et rayonnées en présence d'un câble blindé. Dans un deuxième temps, une méthodologie de modélisation des câbles blindés et des raccords de masse est proposée dans un environnement électromagnétique où la théorie des lignes de transmission classique ne s'applique pas. Pour valider les deux précédentes parties, des bancs de mesure sont proposés et développés. Les résultats expérimentaux sont comparés à la simulation numérique. La dernière partie considère une chaîne de traction électrique simplifiée en présence de boîtiers métalliques, de câbles de puissance blindés, de raccords de blindage et de raccords de masse dans une structure multi-matériaux dans la bande de fréquences 10 kHz - 300 MHz. Les émissions conduites et rayonnées sont analysées en portant une attention particulière à la perturbation de la réception radio. / To reach the increasingly stringent regulatory requirements for CO2 emissions, the automotive industry is improving the electric powertrains in car bodies with composite materials. In this thesis report, the point of view of the car manufacturer is considered. The electromagnetic shielding is one of the most important design solutions to respect the electromagnetic compatibility (EMC) requirements for the homologation and the protection of human health with respect to electrical and magnetic fields. In order to evaluate the best concepts at lower costand to minimize prototyping delays, modeling and numerical simulation still need to be developed and deployed.The chapters of this thesis report illustrate, step by step, the modeling, the simulation and the experimentalvalidation of the shielding applied to an electric powertrain. In a first step, the influence of a composite material such as the carbon fiber reinforced epoxy is studied on the conducted and the radiated emissions in presence of a shielded cable. In a second step, a methodology to model shielded cables and the grounding connectionsis proposed in an electromagnetic environment where classical transmission line theory cannot be applied. Tovalidate the two previous parts, measurement setups are proposed and developed. The experimental results arecompared with the numerical simulation. The last part considers a simplified electric powertrain with metal housings, shielded power cables, shielding connections and grounding connections in a multi-material structurein the 10 kHz - 300 MHz frequency band. The conducted and radiated emissions are analyzed with a particular attention to the disturbance of the radio reception.

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Folien aus mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren, auch Buckypaper genannt, stellen eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Schirmmaterialien für elektromagnetische Strahlung dar. Zum Aufbau eines grundlegenden Verständnisses und zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit gegenüber kommerziell erhältlichem Buckypaper, wurden nach Auswahl eines geeigneten Herstellungsverfahrens Buckypaper aus unterschiedlichen Nanomaterialien hergestellt. Zur Untersuchung der Auswirkung ausgewählter Herstellungsparameter erfolgte dabei eine Parametervariation mittels statistischer Versuchsplanung. Zusätzlich wurden im Vorfeld weitere Einflussfaktoren betrachtet. Dadurch konnten unterschiedliche Einwaagemengen und Rohmaterialien, verschiedene Lösungsmittel und Konzentrationen der Nanomaterialien sowie diverse Prozessparameter des angewandten Nassprozesses untersucht werden. Im Rahmen der Charakterisierung der hergestellten Proben, mittels unter anderem Vierleiter- und Schirmdämpfungsmessung sowie Rasterelektronenmikroskopie, wurden die signifikanten Einflüsse der untersuchten Parameter identifiziert und beschrieben. Es konnten dadurch sehr homogene Buckypaper mit hoher Leitfähigkeit und guter Schirmungseffektivität hergestellt werden, die eine verbesserte Grundlage für die weitere Entwicklung mikrostrukturierter Schutzfolien bilden. Aus dem Ergebnis der Arbeit lassen sich optimale Herstellungsparameter von Buckypaper für den Einsatz als Schirmmaterial im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit ermitteln. / Freestanding multiwalled carbon nanotube sheets, also known as buckypaper, represent a promising alternative for various applications, especially for electromagnetic interference shielding. In order to develop a fundamental understanding and improve the processability compared to commercially available buckypaper, sheets from different nanotube materials were produced after a suitable manufacturing process had been selected. Design of experiments was used to investigate the effects of various manufacturing parameters. Other influencing factors were considered in advance. Several raw materials of different weights, varying solvents and concentrations of the nanomaterials as well as various processing parameters of the applied wet process were thereby examined. Significant influences on the properties of produced buckypaper were identified during characterization by, among other means, four-point probe, shielding attenuation measurements and scanning electron microscopy. From the result, optimal manufacturing parameters can be determined. Thus, very homogeneous buckypaper with high electrical conductivity as well as good mechanical strength and shielding effectiveness could be produced. This provides a solid foundation for further development of frequency selective electromagnetic interference shields.

Le domaine de nanocomposites polymères conducteurs a fait l’objet de nombreux travaux et recherches, vu que ces matériaux présentent un fort potentiel pour de nombreuses applications concernant différents secteurs. Toutefois, malgré les progrès et les résultats obtenus pour l’instant, les performances de ce type des matériaux restent insuffisantes pour certaines applications qui peuvent requérir l’association de diverses propriétés (électriques, thermiques, blindage électromagnétique…). Dans cette thèse, on détaille l’élaboration et la caractérisation de nanocomposites polymères conducteurs. Deux types de nanocharges conductrices (nanotubes de carbone (MWCNTs) et nanoparticules d’argent (Ag-NPs)) ont été dispersées soit dans un polymère thermoplastique (polyéthylène PE), soit dans une matrice thermodurcissable (résine époxy amine). Les nanocomposites polymères conducteurs obtenus ont présenté de bonnes propriétés électriques et thermiques ainsi qu’une bonne tenue mécanique favorisée par des taux de charges relativement faibles. La thèse a non seulement étudié des propriétés fondamentales d’un point de vue expérimental mais aussi plus théorique avec de la modélisation. Entre autres, on a pu analyser les mécanismes de conduction à très basses température dans ce type de composites. Les propriétés en termes de conductivité thermique se sont révélées cohérentes avec celles obtenues en conductivité électrique. Des propriétés de blindage électromagnétique de nos composites à base de PE ont été mis en évidence par résonance magnétique nucléaire (RMN). / Conductive polymer nanocomposites have been the object of intense researches and investigations recently. In fact, these materials have shown a great potential to be useful for many applications including different sectors. However, despite the promising results reported at the moment in this area, there is still a lack in the performance which can be improved by synchronization of their properties. In this PhD work, we present the preparation and full characterization of conductive polymer nanocomposites. Two kinds of conductive nanofillers (carbon nanotubes (MWCNTs) and silver nanoparticles (Ag-NPs)) have been dispersed either in a thermoplastic polymer (polyethylene PE), or in a thermoset matrix (epoxy amine). The conductive polymer nanocomposites obtained exhibit good electrical and/or thermal properties with conserving the mechanical properties ensured by low fillers fraction. The study was not only based on experimental characterizations but also on modulation to analyze the charge carrier transport at very low temperature in these systems to provide successful understanding to some basic properties which are still actually not fully investigated. Electrical properties are in good agreement with thermal properties. Electromagnetic shielding of our PE based nanocomposites have been studied by Nuclear Magnetic Resonance (NMR).