Ce mémoire présente mon activité de recherche depuis mon intégration au sein du Laboratoire de Micro-électronique de Puissance (L.M.P). Mon activité de recherche est centrée sur la thématique " la compatibilité électromagnétique des convertisseurs de puissance ". L'apport de l'électronique de puissance dans ce domaine a permis de réduire la taille des alimentations, d'améliorer les rendements, de rendre plus fiable les systèmes. Le principe d'interrupteur commandé en tout ou rien présente l'avantage de réduire les pertes par conduction contrairement à l'utilisation de transistor bipolaire en fonctionnement en mode " ballast ". Le fait de fonctionner par impulsion de courant et de tension permet d'améliorer le rendement. Cependant, ces commutations apportent la présence d'harmoniques liée à la fréquence de commutation des interrupteurs. Ces commutations peuvent alors poser des problèmes de compatibilité électromagnétique. Ces problèmes peuvent s'avérer gênant pour le fonctionnement même du système qui les génère, comme pour les appareils alentours. Dans ce dernier cas, des normes sont à respecter en émission et en immunité selon le domaine d'application. Pour remédier à ces problèmes, des filtres et des blindages sont souvent ajoutés en fin de conception, qui ont tendance à augmenter le volume du convertisseur et parfois à diminuer les performances visées. Un compromis est souvent nécessaire entre performance et pertes. Le fait de veiller tout au long de la conception aux conséquences des choix technologiques sur la C.E.M. permet d'orienter pas à pas le développement du convertisseur. Cela permet également de réduire, voire de supprimer les éléments de filtrage. Dans tous les cas, les problèmes de compatibilités électromagnétiques (C.E.M.) sont à prendre en compte dès la conception. Mes travaux de recherche décrits dans ce mémoire, s'inscrivent dans ce contexte. Des outils de simulation CEM et un travail d'analyse sont présentés à travers un travail de conception des composants de type " relais " à faibles énergies de commande, réalisés à partir de TRIAC ou de Thyristors, lors des travaux de thèse de Ghafour BENABDELAZIZ en collaboration avec STMicroelectronics. En effet, ces composants contrôlés présentent à chaque alternance une discontinuité du courant, la source de perturbation correspondante est de même type que celle du variateur de lumière. L'étude a permis de développer différentes solutions. Dans chaque cas, pour le fonctionnement le plus défavorable, nous avons cherché à minimiser cette discontinuité de courant ainsi que les pertes, en fonction des paramètres électriques. Il s'agit là encore de trouver un compromis entre CEM et pertes. Un paramètre, à ne pas négliger lors de l'utilisation de composant de type TRIAC ou Thyristor, est que ces composants sont sensibles aux variations de tension. Cette problématique nous a conduit à une étude qualitative sur le choix du composant respectant les contraintes d'immunité. Différents paramètres importants dans les problèmes de CEM sont abordés dans ce mémoire. Le premier paramètre présenté est la commutation. L'analyse des commutations des courants de puissance est faite dans le cas d'un variateur de lumière. Ce type de convertisseur est bien connu pour parasiter entre autre les grandes ondes radio. L'étude de cette application présente la particularité de ne générer majoritairement que des perturbations électromagnétiques conduites de mode différentiel. Cela nous a conduit à étudier les paramètres sur différents interrupteurs qui peuvent modifier la forme de la commutation du courant. Nous avons cherché à optimiser la commutation par différentes méthodes et à vérifier si elle reste optimale lorsque les paramètres électriques des interrupteurs varient légèrement. La prise en compte de cette contrainte est primordiale pour éviter d'obtenir des performances électromagnétiques différentes pour deux convertisseurs identiques mais monter avec des interrupteurs de lots de fabrication différents. Nous retrouverons cette problématique dans les travaux présentés ici. Une partie de ces travaux a été abordé dans le cadre du DEA de Nicolas NOIROT en collaboration avec le laboratoire du L.A.A.S. (Laboratoire d'Architecture et d'Analyse des Systèmes) et une autre partie a fait l'objet de travaux de thèse Romain FERRAGUT. Ces études se sont appuyées sur des outils de simulation développés par le laboratoire. Un second paramètre important dans la CEM présenté dans ce manuscrit est les chemins de propagations des perturbations électromagnétiques. L'étude des chemins de propagations a été faite sur un convertisseur industriel. Ces travaux ont conduit au développement d'un modèle fréquentiel du convertisseur industriel, lors de la thèse de Stéphane BREHAUT et du DEA de Moustapha OULD EL BECHIR, en collaboration avec SAFT POWER SYSTEMS. Cela nous a permis d'identifier les chemins de propagation ainsi que les composants favorisant cette propagation pour un tel système. Nous avons cherché à modifier les chemins de propagation en agissant sur le comportement fréquentiel de ces composants, en modifiant le tracé électrique et en symétrisant la structure. Ces travaux ont permis d'optimiser le filtrage en amont et en aval du convertisseur, une partie de ces travaux sera présentée dans ce manuscrit. Pour finir, nous sommes intéressés plus particulièrement aux moyens de réduire les niveaux de perturbation par étalement spectral. Cette répartition de l'énergie électromagnétique sur les différentes bandes fréquentielles doit être contrôlée et être contenu dans la bande fréquentielle d'émission conduite. Cette problématique a fait l'objet de travaux d'étude en collaboration avec l'équipe EMCIS (EMC in Industrial Systems) de l'Université de Catalogne. Ce mémoire essaie de montrer à travers différents exemples que la prise en compte des contraintes électromagnétiques en parallèle de la mise en œuvre d'un convertisseur, permet de diminuer les volumineux filtres ajoutés généralement en fin de conception, en les positionnant plus judicieusement. Selon la complexité du système étudié et des topologies utilisées, les techniques d'investigations différentes sont présentées.

Today, mobile devices such as smart phones and tablets have become ubiquitous and are used everywhere. Millions of software applications can be purchased and installed on these devices, customizing them to personal interests and needs. However, the frequent use of mobile devices has let a new problem become omnipresent: their limited operation time, due to their limited energy capacities. Although energy consumption can be considered as being a hardware problem, the amount of energy required by today’s mobile devices highly depends on their current workloads, being highly influenced by the software running on them. Thus, although only hardware modules are consuming energy, operating systems, middleware services, and mobile applications highly influence the energy consumption of mobile devices, depending on how efficient they use and control hardware modules. Nevertheless, most of today’s mobile applications totally ignore their influence on the devices’ energy consumption, leading to energy wastes, shorter operation times, and thus, frustrated application users. A major reason for this energy-unawareness is the lack for appropriate tooling for the development of energy-aware mobile applications. As many mobile applications are today behaving energy-unaware and various mobile applications providing similar services exist, mobile application users aim to optimize their devices by installing applications being known as energy-saving or energy-aware; meaning that they consume less energy while providing the same services as their competitors. However, scarce information on the applications’ energy usage is available and, thus, users are forced to install and try many applications manually, before finding the applications fulfilling their personal functional, non-functional, and energy requirements. This thesis addresses the lack of tooling for the development of energy-aware mobile applications and the lack of comparability of mobile applications in terms of energy-awareness with the following two contributions: First, it proposes JouleUnit, an energy profiling and testing framework using unit-tests for the execution of application workloads while profiling their energy consumption in parallel. By extending a well-known testing concept and providing tooling integrated into the development environment Eclipse, JouleUnit requires a low learning curve for the integration into existing development and testing processes. Second, for the comparability of mobile applications in terms of energy efficiency, this thesis proposes an energy benchmarking and labeling service. Mobile applications belonging to the same usage domain are energy-profiled while executing a usage-domain specific benchmark in parallel. Thus, their energy consumption for specific use cases can be evaluated and compared afterwards. To abstract and summarize the profiling results, energy labels are derived that summarize the applications’ energy consumption over all evaluated use cases as a simple energy grade, ranging from A to G. Besides, users can decide how to weigh specific use cases for the computation of energy grades, as it is likely that different users use the same applications differently. The energy labeling service has been implemented for Android applications and evaluated for three different usage domains (being web browsers, email clients, and live wallpapers), showing that different mobile applications indeed differ in their energy consumption for the same services and, thus, their comparison is both possible and sensible. To the best of my knowledge, this is the first approach providing mobile application users comparable energy consumption information on mobile applications without installing and testing them on their own mobile devices.

Im Freistaat Sachsen werden ca. 11.000 Gebäude mit Erdwärme klimatisiert. Genutzt wird die Wärme aus der Tiefe vor allem bei Ein- und Mehrfamilienhäusern zur Heizung und Warmwasserbereitung. Bei Planung und Bau von Erdwärmeanlagen sind Aspekte der Qualitätssicherung und rechtliche Vorgaben zu beachten. Interessierten Bürgern, Planern und Bohrfirmen werden u. a. folgende Fragen beantwortet: Welche Nutzungsformen der Erdwärme gibt es? Welche Qualitätsanforderungen, Richtlinien und Gesetze sind einzuhalten? Wie wird eine Anlage richtig geplant? Wo und wie werden Bohrungen bei Behörden beantragt?

The low temperature expansion of the free energy in a Casimir effect setup is considered in detail. The starting point is the Lifshitz formula in Matsubara representation and the basic method is its reformulation using the Abel-Plana formula making full use of the analytic properties. This provides a unified description of specific models. We rederive the known results and, in a number of cases, we are able to go beyond. We also discuss the cases with dissipation. It is an aim of the paper to give a coherent exposition of the asymptotic expansions for T -> 0. The paper includes the derivations and should provide a self-contained representation.

L'énergie photovoltaïque est à nos jours l'une des sources intermittentes les plus développée. Plusieurs années de recherche confèrent une importante maturité à la fois aux modules et aux systèmes de extraction et traitement de son électricité. Cependant, il lui reste encore un important obstacle à franchir avant son utilisation à large échelle : la présence des ombres. Alors que plusieurs solutions ont été déjà proposées pour ce problème, la recherche sur l'ombre en tel que phénomène complexe reste embryonnaire. Cette thèse a pour but de combler ce besoin à la fois en étudiant la présence d l'ombre et en y proposant une nouvelle réponse. L'étude de l'ombre comprend la proposition d'une théorie sur l'intermittence qui prend en compte des aspect à la fois électriques et optiques. A travers de cette théorie, une relecture de la littérature est aussi proposée et donne lieu à une classification des solutions existantes en séries ou parallèles. Les solutions séries utilisent plusieurs structures d'électronique de puissance pour extraire l'énergie d'un nombre plus restreint des cellules photovoltaïques et par conséquent y confinent l'impact de l'ombre. En contre partie, les solutions parallèles utilisent des structures spéciales pour redistribuer le courant parmi les cellules ombrées et illuminées, ce qui amène à lŠeffacement de l'ombre. La nouvelle réponse à l'ombre proposée dans ce travail s'agit d'une structure parallèle à forte potentiel d'intégration monolithique. Inspirée de son équivalent pour les batteries, cette nouvelle topologie est applicable à plusieurs échelles mais sa commande reste un aspect à maîtriser. Son concept de base est validé au niveau d'un seul module photovoltaïque par la création d'un prototype et une validation expérimentale. Sa commande y est ensuite développée, testée et validée. Le système est capable de détecter la présence de l'ombre, choisir la meilleure stratégie pour la mitiger et l'implémenter en toute autonomie. Le résultat final est une augmentation de la puissance de sortie d'environ 40% dans certains cas.

Proefschr. Rijksuniversiteit Groningen. / Met lit.opg.-Met samenvatting in het Nederlands.

Universiẗat, Diss.--Hohenheim, 2007.

Univ., Diss.--Karlsruhe, 2007.

Regensburg, Univ., Diss., 2008

Zugl.: Hamburg, Helmut-Schmidt-Universiẗat, Diss., 2009.