La réfrigération magnétique est une technologie émergente de production de froid. Elle constitue une alternative à la technique classique utilisant des fluides frigorigènes polluants. L'effet magnétocalorique qui en est à la base se traduit par le refroidissement ou l'échauffement de certains matériaux sous l'action d'un champ magnétique. Ce travail de thèse se situe dans le domaine de l'étude de ces matériaux et des dispositifs de réfrigération magnétique à aimants permanents autour de la température ambiante. Ainsi, des composés à effet magnétocalorique géant à l'ambiante de formule Mn1−x(Ti0.5V0.5)xAs ont été étudiés. D'autre part, un système complet de réfrigération magnétique à aimants permanents initié par une thèse précédente a été réalisé et testé. Enfin, pour relier ces deux thématiques, un dispositif de test a été réalisé. Il permet d'évaluer et de comparer les performances de ces nouveaux matériaux dans les conditions réelles de fonctionnement dans un bloc réfrigérant.

Dans le cadre de la réduction des émissions des gaz à effet de serre, et devant l'augmentation incessante du prix de l'énergie, la course à l'amélioration des performances énergétiques touche tous les secteurs : industriel, tertiaire ou même celui des particuliers. La consommation de l'énergie électrique est due en grande partie aux moteurs électriques, et particulièrement les machines asynchrones, utilisées dans diverses applications telles que le pompage, la ventilation ou la compression. Ces machines sont caractérisées par des rendements relativement faibles et leur remplacement par des machines plus performantes permettrait un gain d'énergie non négligeable. Les machines à aimants permanent ayant pouvoir de démarrage autonome sont de bonnes candidates pour répondre à ce besoin. Elles ont de très bons rendements et les artifices supplémentaires permettant le démarreur automne suppriment la nécessité d'utiliser des convertisseurs statiques comme dans le cas des machines à aimants classiques. Des contraintes spécifiques se posent cependant pour l'utilisation et le dimensionnement de ces machines : en effet, le courant de démarrage ne doit pas être trop important à cause du risque de démagnétiser les aimants et le couple de démarrage doit être suffisamment grand pour assurer un démarrage en charge. Par ailleurs les rendement et facteurs de puissance en pleine charge doivent être assez nettement supérieurs à ceux des machines asynchrones pour les rendre plus compétitives. Dans cette thèse, nous étudions trois structures de rotor permettant de répondre à un cahier des charges donné. Ces trois structures utilisent des aimants en surface, insérés dans un rotor massif ou dans un rotor à cage. Elles ont leurs avantages et leurs inconvénients, que nous avons mis en évidence par une étude comparative assez détaillée. Cette étude comparative n'a pu être mise en oeuvre sans l'établissement de modèles en régime statique ou dynamique de ces machines ou encore de méthodologie de conception. Un prototype à échelle réduite a été dimensionné, réalisé et testé au laboratoire ; il confirme les principes de base de ce type de machines / In the context of reducing emissions of greenhouse effect, and of energy cost, the competition to improve the performances of the equipments affects all the domains. The consumption of electricity is mostly due to the electric motors, and particularly induction machines, used in various devices such as pumps, fans or compressors. These machines are characterized by relatively low efficiencies, and their replacement by more efficient machines should lead to a significant power saving. The Line-Start Permanent Magnet motors are good candidates to achieve this purpose. They have higher efficiencies and the additional devices for self-start eliminates the need of static converters, as it is normally required for conventional permanent magnet motors. Specific constraints arise for the use and the design of these machines: the starting current should not be so high to avoid the risk of the demagnetization of magnets and the starting torque must be large enough to ensure the start under load. Moreover, the efficiency and power factor at full load must be sufficiently higher than those of asynchronous machines in order to make them more competitive. In this thesis, we study three rotor structures to meet a given specification. These three structures use magnets inserted on the surface, embedded in a solid rotor or a cage rotor. They have their advantages and drawbacks that we have shown by a comparative study in some detail. This comparative study could not be implemented without the development of models in both static and dynamic conditions of these machines and a specific design methodology. A small scale of prototype has been designed, built and tested in the laboratory; it confirms the basic principles of such machines

Le néodyme appartient à la série des lanthanides se trouvant dans le tableau périodique. Il est le composant clé des aimants permanents Nd2Fe14B implantés dans différents appareils électroniques mais aussi dans appareils dis « écologiques » comme les éoliennes, les voitures ou vélos électriques. De nos jours seulement 1 % du néodyme présent dans les déchets électroniques est recyclé. De fortes tensions géopolitiques ainsi que la croissance rapide de la demande pour ce type d’aimants conduisent à d’importantes spéculations et fluctuations sur le prix du néodyme aggravées par l’appauvrissement annoncé de la ressource.Depuis quelques décennies, plusieurs procédés de recyclage du néodyme ont été développés au niveau des laboratoires sans avoir été utilisés à l’échelle industrielle. Les procédés existants ont plusieurs désavantages comme un grand nombre d’étapes avant d’obtenir le produit final ou encore l’utilisation de grandes quantités de produits chimiques.Le but de ces recherches est le développement d’un procédé pyrochimique pouvant être une alternative à ceux déjà existants. Ce procédé permettrait de récupérer le néodyme sous sa forme métallique en seulement une étape. Pour atteindre cet objet, il a fallu élaborer un réacteur pouvant résister à de hautes températures ainsi qu’aux sels fondus pouvant être corrosifs selon leur composition. Par la suite, les propriétés électrochimiques du néodyme ont été étudiées dans différents sels fondus à base de chlorures et de fluorures afin trouver la configuration optimale pour l’extraction du néodyme contenu dans les aimants permanents.Nous avons ainsi prouvé qu’il était possible d’extraire le néodyme sous sa forme métallique contenu dans de vieux aimants permanents en une seule étape durant une électrolyse. / Neodymium belongs to the lanthanide’s serie of the period system and is the key component of the permanent magnets Nd2Fe14B which are implemented in electronic devices and “green” technologies like wind turbines or electric cars and bicycles. Nowadays, only one percent of the neodymium in electronic scraps is recycled. Due to the geopolitical considerations and a strong increase of the use of permanent magnets, there is an impoverishment of the raw material resources leading to an instable market.Since some decades, few recycling processes have been developed on a lab scale without any upscaling to the industrial scale. The existing processes have several drawbacks like multiple steps to obtain the final desired product. This means that these methods have a long process time or use a large amount of chemical productsThe aim of this research was the development of a pyrochemical process, which could be an alternative to the existing recycling processes in order to extract neodymium from electronic scraps with less steps, a smaller amount of chemical products and a higher recovery rate of the rare neodymium. For this purpose a special reaction chamber has been created which resists to the severe experimental conditions induced by the use of high temperatures and corrosive molten salts. Moreover the electrochemical behaviour of neodymium in different chloride- and fluoride-based molten salts was studied in order to find the most appropriated setup.We could prove that the pyrochemical method could be the solution to recover neodymium from the old permanent magnets under its metallic form in just one single reaction step during an electrolysis.

composition des paysages agricoles, sous l'effet de changements dans les politiques et les méthodes de production de l'agriculture (mécanisation accrue, expansion des zones cultivées au détriment des habitats semi-naturels, augmentation de l'utilisation des intrants chimiques...). Face à tous ces changements liés à l'agriculture moderne, la question se pose de l'impact de l'intensification agricole sur la biodiversité.<br />Dans cette optique, nous nous sommes intéressés à une communauté de petits mammifères (rongeurs et insectivores < 40g) des haies dans trois paysages agricoles bretons contrastés du point de vue de l'intensité de l'usage des terres et de la densité des réseaux de haies, le long d'un gradient d'intensification de l'agriculture. Quatre axes principaux sont identifiés : (1) caractériser la structure et la composition de la communauté dans les trois paysages, (2) déterminer (dans une approche multi-échelle quelles sont les variables environnementales qui peuvent expliquer les<br />différences dans les assemblages d'espèces entre les haies, (3) caractériser les variations saisonnières de la communauté et des populations qui la composent en réponse à la dynamique des paysages. (4) Nous nous sommes aussi intéressés à un niveau trophique supérieur en comparant les abondances de deux espèces de prédateurs des petits mammifères, la buse variable (Buteo buteo) et la faucon crécerelle (Falco tinnunculus) en réponse à la composition des paysages et à la<br />disponibilité en proies.<br />Les résultats soulignent l'importance de développer des approches qui intègrent plusieurs niveaux d'organisation et plusieurs échelles d'analyse. La diversité, l'abondance, la composition, la biomasse et les amplitudes saisonnières de fluctuation de la communauté, ainsi que l'abondance des deux espèces de rapaces sont différentes entre les trois sites, montrant un effet de<br />l'intensification de l'agriculture sur les différents taxons étudiés. Le paysage, mais également les caractéristiques de l'habitat sont impliqués dans la structuration des assemblages d'espèces.<br />Ces résultats permettent d'envisager des modes de gestion et d'aménagement pour la conservation de la biodiversité dans les paysages agricoles.

L'objet des présents travaux est d'étudier, à la lumière d'une modélisation multiphysique, une association hélice / machine électrique innovante où la machine synchrone à aimants permanents et à flux radial est déportée en périphérie d'hélice. Cette technologie dite " Rim Driven " est envisagée pour la propulsion comme pour la récupération de l'énergie cinétique des courants. Dans la continuité d'une étude bibliographique exhaustive, il nous apparait essentiel de chercher à cerner plus finement les spécificités et les domaines d'application potentiels de telles structures. Un outil analytique de pré dimensionnement systématique robuste, rapide et de bonne précision est ainsi développé. Une approche multiphysique est privilégiée afin d'englober l'ensemble des phénomènes susceptibles d'influencer les performances globales du système. Elle fait intervenir des modèles d'ordre électromagnétique, thermique et hydrodynamique. Certains sont spécifiquement développés pour la structure Rim Driven qui présente quelques particularités intéressantes telles qu'une longueur axiale courte ou un entrefer épais et immergé. Les hypothèses conditionnant leur validité sont par ailleurs discutées. Plusieurs cahiers des charges sont ensuite étudiés : les performances et conditions de fonctionnement pour ces différentes applications sont mises en évidence et analysées. La structure Rim Driven est par ailleurs comparée à une structure de référence en nacelle de type POD. Finalement, c'est l'idée même d'un modèle multi-physique couplé qui est analysée et pour laquelle nous cherchons à appréhender la pertinence par rapport à une approche séquentielle plus classique. Les résultats obtenus révèlent que, dans un certain nombre de cas, une telle approche peut être pertinente. En dernier lieu, la conception et la fabrication d'une petite maquette développée en parallèle de la présente étude est décrite dans la perspective d'essais en bassin au cours de l'année 2011.

Une nouvelle chaîne de traction dédiée à un véhicule hybride électrique de poids lourds a été développée dans ces travaux de recherche. A ce stade, la conception et l'optimisation des composants électriques de la chaîne de traction ont été étudiées, notamment les machines synchrones à aimants permanents et les onduleurs de tension associés, ainsi que le train Ravigneaux. En ce qui concerne la conception, un modèle analytique a été créé et qui permet de répondre au cahier des charges simultanément. Les différentes contraintes multiphysiques ont été prises en compte dans le modèle analytique. Ensuite, un modèle numérique via la méthode élément fini a été mise en œuvre. Le modèle numérique nous a permis de valider les performances de la machine électrique. En ce qui concerne l'optimisation, une stratégie de l'optimisation globale a été étudiée. Un exemple d'optimisation a été basé sur un système composé par deux machines électriques et deux onduleurs associés, ainsi que le train Ravigneaux. La comparaison basée sur cet exemple pour l'optimisation locale et globale nous a permis de valider l'avantage de la stratégie de l'optimisation globale. L'expérimentation a été réalisée sur un banc d'essais qui est constitué par la machine prototype et la machine de charge, les deux machines électriques ont été alimentées et pilotées par deux variateurs de fréquence. Les résultats expérimentaux nous ont permis de valider les modèles théoriques.

Cette thèse aborde la conception optimale des chaînes de traction par l'exemple d'une chaîne de traction pour métro. Les données d'entrée de la conception d'une chaîne de traction sont la performance attendue et l'encombrement des équipements nécessaires. Pour aider le concepteur, l'outil informatique donne aujourd'hui la possibilité de construire une grande variété de modèles. D'autre part, les algorithmes d'optimisation permettent de trouver les configurations optimales. Ces possibilités ont été exploitées au cours de ce travail. Les modèles développés permettent d'estimer un large nombre de critères. A travers l'exemple de ces modèles, la méthode de conception suivie est détaillée dans le rapport. D'un point de vue technique, la chaîne de traction proposée est détaillée dans le dernier chapitre

L'actual situació energètica demanda cada cop més d'aplicacions que redueixin el consum energètic. A nivell d'energia elèctrica, i de la conversió d'aquesta a energia mecànica, els nivells d'eficiència energètica són força elevats si es compara amb altres fonts d'energia com poden ser els combustibles fòssils. Però no per això s'ha de deixar de treballar per tal de millorar l'eficiència d'aquests sistemes.Existeixen certes aplicacions de funcionament continu, que una petita millora en el seu rendiment significa, una gran millora en el consum absolut d'energia. Aquestes aplicacions poden ser bombes, ventiladors i compressors per aplicacions de ventilació, calefacció i aire condicionat (HVAC).En aquestes aplicacions, el cavall de tir fins avui dia ha estat el motor d'inducció. El motor d'inducció és relativament senzill de construir, es coneix molt bé el seu funcionament, i no requereix d'un sensor de posició per tal d'implementar un control de baixes prestacions com el necessari per aquestes aplicacions.Però es pot augmentar l'eficiència del sistema usant un motor síncron d'imants permanents. Aquest, pel fet de ser un motor síncron, necessita que les corrents injectades a l'estator estiguin perfectament sincronitzades amb la posició del l'imant del rotor per tal de produir el parell adequat. Per tant, cal desenvolupar nous mètodes de control, de baix cost, per aquests tipus de motor i que no requereixin d'un sensor de posició acoblat al rotor. Aquest tipus de sensors encareixen el cost final del producte i en redueixen la fiabilitat.Com que les aplicacions HVAC no requereixen d'una alta dinàmica del parell, el control $V/f$ es mostra com una estratègia adequada per aquest tipus de motors per aquestes aplicacions. Però pels motor síncrons d'imants permanents, fins i tot usant aquesta estratègia de control necessiten de la sincronització de la posició del rotor i les corrents injectades a l'estator.La primera part d'aquesta tesi versa sobre el modelat i l'anàlisi del motor síncron d'imants permanents, per proposar una alternativa de control sense sensor de posició pel control $V/f$ del motor síncron d'imants permanents.L'anàlisi d'estabilitat permet veure que es pot afegir esmorteïment al sistema modulant la freqüència d'excitació en funció de les pertorbacions de la potència. Finalment, la proposta es verifica mitjançant simulacions i resultats experimentals.La segona part d'aquesta tesi està enfocada als nous reptes en el control dels accionaments elèctrics i convertidors. L'electrònica de potència en si cada cop té més aplicacions. Convertidors de freqüència, filtres i rectificadors actius, fonts d'alimentació, escalfament per inducció, noves formes de transmissió de l'energia, i les energies renovables incorporen algun convertidor estàtic, i depenen d'aquesta per funcionar.Per tant, cal disposar d'eines per a poder experimentar a tots els nivells en aquests nous camps. El treball presentat a la segona part de la tesi és la feina duta a terme per l'autor durant aquest últims anys en el camp de l'experimentació i la docència del control dels accionaments elèctrics i els convertidors.Aquest treball a dut a la construcció d'una plataforma per a l'experimentació del control dels accionaments elèctrics i els convertidors. Aquesta plataforma es mostra com una eina efectiva també dins el nou Espai Europeu d'Educació Superior, ja que fomenta que sigui l'estudiant qui aprengui i també l'ús transversals dels coneixements. / The current energetic situation demands for a reduction in consumption. The efficiency levels in electrical energy and in the electromechanical transformation are high compared with other energy sources, like fossil fuels. But that it is not a reason not to work to increase efficiency.There are some continuous running applications where a small amount of efficiency increase means a huge amount of energy saved per year. These applications are pumps, fans and compressors for heating, ventilating and air conditioning (HVAC), for example.The workhorse for these applications has been for years the induction motor. The induction motor is a well known motor, a cheap motor, and does not require position sensor to implement a low-cost control for this kind of applications. But efficiency can be improved if the induction motor is substituted by a permanent magnet synchronous motor. However, in a permanent magnet synchronous motor, the stator currents have to be synchronized with the rotor permanent magnet in order to produce torque and not to lose synchronization. The need of a rotor position sensor increases cost and reduces reliability. Therefore, it is necessary to develop new control strategies to avoid the use of the rotor position sensor.Because the HVAC applications do not demand for a high performance control, the V/f control strategy is suitable for these drives. However, even using a V/f control strategy for permanent magnet synchronous motor there is a need in synchronization for stator currents with the rotor magnet position.The first part of this thesis deals with modelling and analysis of permanent magnet synchronous motors in order to obtain a sensorless $V/f$ control.The stability analysis shows that adding damping by frequency modulation using input power perturbations stabilize the system. Finally, the method is verified by means of simulations and experimental results.The second part of this thesis deals with the new challenges in drives and power converters.Power electronics is now pervasive in even most applications. Frequency converters, drives, active filters and rectifiers, power supplies, induction heating, new power transmission systems (HVDC) and renewable energy sources include any type of static converter.Hence, it is necessary to develop new tools to experiment and to teach these new applications. The work presented in this second part has been done by the author during these last years in the education and training of drives and power electronics.This work has the result of the construction of a new platform for the experimentation, training and education for drives and power electronics. This unique platform appears as an effective tool also inside the European Higher Education Area, because is a learn-by-doing tool, and uses transverse knowledge from other disciplines.

Thèse de doctorat : Génie électrique : INPL : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Le problème de la commande sans capteur mécanique de la machine synchrone à aimants permanents (MSAP) est un problème très étudié dans le domaine de l'automatique et de l'électrotechnique. Le travail présenté s'intéresse au problème particulier de la commande sans capteur à basse vitesse des MSAP à pôles lisses. L'objectif est de proposer une méthode permettant de contrôler en position un actionneur électromécanique utilisé dans un contexte aéronautique (ici pour des ailerons). Une étude théorique des deux familles de machines, saillantes et non saillantes, a permis de montrer une différence d'observabilité des modèles de la MSAP selon la vitesse de la machine, avec en particulier une perte d'observabiltié à basse vitesse pour les machines à pôles lisses. Pour pallier cette perte, de nouveaux modèles sont développés, qui prennent en compte des vibrations de la machine, sollicitée par une injection de signaux. Une nouvelle analyse, appliquée à ces modèles, permet de garantir l'observabilité de la machine sur toute la gamme de vitesse, y compris à l'arrêt. Nous avons donc proposé une approche d'observation de la position et de la vitesse basée sur ces nouveaux modèles avec une injection bien choisie. Contrairement aux méthodes classiques basées sur la saillance, cette approche est applicable à tous les types de machine. Elle a été validée sur plusieurs bancs d'essais par l'application d'un observateur de Kalman étendu. De nombreux tests ont été réalisés sur un benchmark dédié aux applications industrielles. Les résultats ont montré les performances, la robustesse et les limites des observateurs proposés. Nous nous sommes également intéressés à l'asservissement en vitesse sans capteur mécanique de la machine, pour lequel nous avons proposé deux méthodes de synthèse d'observateurs. La première est basée sur la synthèse d'un observateur LPV robuste par approche polytopique. La seconde utilise un observateur à modes de glissement d'ordre deux à gains adaptatifs. La faisabilité expérimentale de ces deux observateurs a été démontrée.