Le transport routier est au cœur des enjeux environnementaux actuels. Les véhicules électriques hybrides (VEH) sont une alternative intéressante, notamment en milieu urbain. Cependant, la conception de tels systèmes est complexe car la chaîne de traction (composants et architecture), la mission et la gestion énergétique du véhicule sont intimement liées.Les travaux de V. Reinbold ont permis de mettre au point une méthodologie de dimensionnement de VEH. Les composants sont optimisés conjointement avec la gestion énergétique sur un cycle de fonctionnement afin de minimiser la consommation de carburant du véhicule. Une attention particulière est portée à la conception fine de la machine électrique via un modèle électromagnétique adapté à l’optimisation.Dans la suite de ces travaux, nous approfondissons plusieurs aspects du dimensionnement des VEH. Tout d’abord, nous introduisons la possibilité de gérer des paramètres discrets de la machine, comme le nombre de paires de pôles. Dans un second temps, nous développons un modèle thermique de la machine prenant notamment en compte les échanges autour des têtes de bobine. Ce modèle analytique par réseau de résistances thermiques est intégré puis utilisé dans le processus de dimensionnement par optimisation. Il a été préalablement validé via un modèle par éléments finis. Des méthodes d’analyse d’incertitude et de sensibilité sont appliquées afin de quantifier l’influence de certains paramètres thermiques. Enfin, nous appliquons la méthodologie de dimensionnement par optimisation à une architecture série/parallèle, intégrant deux machines électriques. / Road transportation has a huge impact on the environment. Hybrid electric vehicles (HEV) are an interesting alternative, especially for urban uses. However, HEV are complex systems to design because of the strong interaction between the component sizing, the energy management and the driving cycle.V. Reinbold previously developed a sizing methodology for HEV. The components and the energy management are simultaneously optimized to reduce the fuel consumption of the vehicle over a driving cycle. A specific electromagnetic model is used during the optimization process to describe accurately the electrical machine.As a continuation, we introduce firstly the possibility to deal with discrete variables such as the pole number of the electrical machine. Then, we develop a thermal model of the machine considering the convection exchanges around the end-windings. This analytical lumped parameter thermal network is used during the optimization process after being validated thanks to a finite element model. Uncertainty and sensitivity analysis are used to check the influence of some of the thermal parameters. Finally, the sizing methodology is applied to a series/parallel HEV including two electrical machines.

Cette thèse a pour objet la modélisation analytique des systèmes à aimants permanents. Leurs caractérisations supposent la détermination du champ magnétique qu'ils produisent et des énergies spécifiques mises en jeu. Les premiers travaux français réalisés par Durand en 1960 concernent principalement le calcul de champ créé par des aimants parallélépipédiques (structures planes) et des anneaux aimantés axialement. Les expressions analytiques des forces et couples, publiées par G. Akoun et J. P. Yonnet, et plusieurs études analytiques menées par F. Bancel et G. Lemarquand, dès les années 80-90, dénotent un intérêt manifeste pour l'optimisation des structures à aimants permanents. Les progrès de fabrication des aimants ouvrent alors des perspectives industrielles notables. Dès la fin des années 90, E. P. Furlani, B. Azzerbonni, E. Cardelli ou encore J.P. Selvaggi, S. Salon et M. V. K. Chari proposent des approches semi-analytiques et des développements sériels pour calculer le champ magnétique créé par des structures à topologie cylindrique. Dans ce prolongement, nous exposons dans cette thèse les expressions analytiques du champ magnétique créé par des anneaux de polarisation radiale. Ces modèles analytiques nous permettent d'évaluer le champ magnétique en tout point de l'espace. De façon connexe, nous établissons les formules du champ magnétique créé par un anneau aimanté axialement sous une forme plus générale que celle établie par Durand. De façon concomitante, S. I. Babic et C. Akyel développent en 2008 des modèles analytiques simplifiés du champ créé par des anneaux aimantés radialement et axialement. Dans un second temps, nous présentons les expressions du champ magnétique créé par des tuiles aimantées radialement, axialement et orthoradialement. Ces expressions sont basées sur des intégrales elliptiques incomplètes pour le cas des polarisations axiale et radiale. Dans le cas de la polarisation orthoradiale, l'expression du champ magnétique ne nécessite pas l'utilisation de fonctions spéciales. Notons que ces aimants à topologie courbe sont largement utilisés dans la conception de machines électriques, d'accouplements ou encore de capteurs. Néanmoins, les aimants en forme de tuiles sont généralement fabriqués avec des aimantations uniformes pour des raisons technologiques et économiques. Ainsi, les tuiles conjecturées à aimantation radiale, orthoradiale ou axiale ont usuellement une aimantation uniforme. Cette caractéristique d'uniformité engendre des ondulations de champ qui dépendent du nombre de tuiles utilisées. En conséquence, nous présentons les expressions du champ magnétique créé par des tuiles aimantées uniformément dans toutes les directions. Nous comparons les aimantations uniformes et idéales (radiale, orthoradiale et axiale) pour déterminer l'influence de l'uniformité de l'aimantation sur les caractéristiques du champ magnétique produit. Ces expressions nous permettent de modéliser et d'optimiser les structures de Halbach et de prédire les effets notoires résultants de l'uniformité de l'aimantation. Ces mêmes effets sont étudiés dans le cadre des structures dédiées à l'Imagerie par Résonance Magnétique. On propose ainsi un modèle analytique général permettant de reconstruire le champ magnétique produit par un assemblage d'aimants à aimantations tournantes uniformes. Les expressions exactes des forces, raideurs et couples s'exerçant entre anneaux et tuiles aimantées radialement, axialement ou uniformément, sont établies afin d'étudier tout dispositif constitué d'aimants permanents. Des modèles semi-analytiques aboutissent à l'optimisation d'accouplements magnétiques, de paliers passifs constitués d'anneaux et d'actionneurs linéaires. La deuxième partie de cette thèse traite de l'étude d'un haut-parleur sans fer. La présence du fer dans les pièces polaires est un inconvénient majeur dans la conception de moteurs de haut-parleurs électrodynamiques. Une nouvelle structure de haut-parleur sans fer, développée par G.~Lemarquand, permet de s'affranchir des non-linéarités engendrées par le fer et les suspensions périphériques. Ces suspensions sont remplacées par un ou plusieurs joints de ferrofluide dont le comportement mécanique dépend intrinsèquement du champ magnétique produit par sa structure. Les travaux antérieurs sur les ferrofluides (notamment R. E. Rosensweig) concernent essentiellement leurs propriétés d'étanchéité et thermiques. Nous envisageons dans cette thèse d'utiliser le ferrofluide pour ses propriétés mécaniques. Les outils analytiques caractérisant les champs magnétiques créés par des aimants permanents sont utilisés dans le cadre de l'étude de haut-parleurs sans fer. En effet, les expressions analytiques du champ magnétique conduisent à un modèle énergétique décrivant les propriétés mécaniques d'un joint de ferrofluide guidant le piston émissif d'un haut-parleur sans fer. Ce modèle est basé sur l'interaction du champ produit par la structure et l'aimantation saturée des particules ferromagnétiques du ferrofluide. La pression magnétique dans ce joint fixe ses raideurs radiale et axiale, son volume, sa forme et sa répartition dans l'entrefer du haut-parleur. La validité de ce modèle est confirmée par des mesures expérimentales. L'ensemble des travaux présentés dans ce mémoire fonde une démarche d'analyse des systèmes à aimants basée sur un mode opératoire exclusivement analytique. D'un côté, les modèles exacts des champs suggèrent des optimisations précises et rapides des dispositifs magnétomécaniques. D'autre part, appliqués au dimensionnement d'un joint de ferrofluide, ces modèles permettent des études paramétriques sur l'évolution de la pression du ferrofluide dans un entrefer en fonction des dimensions des aimants utilisés.

Le travail présenté concerne les actionneurs électriques pour des applications sécuritaires dans l'automobile comme la direction ou le freinage. Dans un premier temps, un bilan des solutions existantes pour rendre un actionneur électrique tolérant aux fautes, et donc capable de fonctionner après l'apparition d'un défaut, a été fait. Le court-circuit interne dans le bobinage ayant été montré comme un des défauts les plus problématiques, l'étude s'est concentrée sur des méthodes pour estimer l'impact de ce défaut sur des machines bobinées sur dent à aimants permanents en surface. Une modélisation utilisant un logiciel d'étude par éléments finis est développée, puis différentes approches par formules analytiques sont exposées. Ces modélisations analytiques permettent d'obtenir des ordres de grandeurs du courant de court-circuit, du couple et du champ dans les aimants lors de l'apparition du court-circuit dans le bobinage

Le lien entre les structures de financement des firmes et leur comportement stratégique sur les marchés des biens est un élément déterminant de notre compréhension des facteurs qui définissent les secteurs industriels et leurs relations avec le monde de la finance.<br /> Dans une première partie, nous établissons un modèle qui relie la structure de financement de la firme à la richesse, des actionnaires décideurs, engendrée par le marché des biens lorsque celui-ci présente un caractère aléatoire.<br /> Nous étudions alors, dans la deuxième partie, comment les choix stratégiques seront optimisés lorsque la structure de financement est reliée directement à la forme de la fonction de production.<br /> La troisième partie, nous donne l'occasion d'analyser l'impact sur les choix stratégiques des causes limitatives que sont la responsabilité limitée des actionnaires et la présence d'une quantité limite de production.<br /> Enfin, dans la quatrième partie, nous appliquons nos résultats à un marché de biens sous forme de duopole pour en déduire le lien entre les comportements stratégiques des firmes et leur structure de financement.

Les machines BDC (Brushless Direct Current) apportent une solution intéressante pour la réalisation de ventilateurs industriels à courant continu. Ces machines présentent deux avantages décisifs : d'une part elles possèdent une durée de vie élevée, et d'autre part permettent l'ajout de nouvelles fonctionnalités grâce à l'utilisation de composants électroniques. Dans un premier temps, les principaux phénomènes agissant sur le fonctionnement de ces machines sont étudiés à partir de quelques formules analytiques simples. Ensuite, une modélisation plus fine mais également plus globale est réalisée à l'aide de la méthode des éléments finis. Tout d'abord, une modélisation tridimensionnelle statique met en évidence un phénomène bénéfique de concentration de flux au sein du stator. Ceci nous amène à définir un coefficient de concentration qui sera étudié en détails pour toute une gamme de moteurs. A partir de ces résultats, une modélisation éléments finis dynamique bidimensionnelle incluant un couplage magnétique, électrique, mécanique est réalisée afin d'obtenir un modèle fiable, robuste et malléable, soit un véritable prototype virtuel. Un tel modèle est absolument indispensable pour aborder toute optimisation significative. De plus, les effets tridimensionnels sont intégrés dans ce modèle plan par l'intermédiaire du coefficient de concentration précédemment établi. La méthode des plans d'expériences est présentée comme un outil d'aide à la conception et à l'optimisation. Cette méthode consiste à organiser la démarche expérimentale et l'analyse décisionnelle en appliquant des règles rigoureuses basées sur l'exploitation des propriétés algébriques et statistiques des matrices décrivant les expériences. En définitive, une démarche basée sur l'utilisation de la méthode des plans d'expériences est proposée pour aborder les problèmes d'optimisation. Une recherche des seuls paramètres influents est faite par l'intermédiaire des plans fractionnaires afin que seuls les facteurs les plus influents soient gardés lors de l'optimisation. Puis, une méthode directe d'optimisation par plans d'expériences successifs a été testée et comparée avec d'autres méthodes d'optimisation plus classiques. Grâce à ce travail, Etri a pu acquérir certaines compétences dans les machines BDC et réaliser de nouveaux produits.

Ce travail se place dans le contexte de l'utilisation de machines à aimants permanents dans les véhicules hybrides ou électriques. Un modèle analytique, qui prend en compte les effets de la non linéarité du circuit magnétique, permet d'obtenir les pertes (Joule et fer) quel que soit le point de fonctionnement de la machine. Des cartes d'isorendement dans le plan couple-vitesse peuvent être tracées. Ce modèle a ensuite été utilisé pour étudier .des variantes d'une machine synchrone à aimants. Des comparaisons de consommation sur cycles de route ont été effectuées sur ces machines, ainsi que l'étude d'autres structures de rotor à aimants. Un second modèle a été développé pour répondre à un besoin de' conception. Il a servi pour une optimisation sous contraintes dans un objectif de réduction de coût et de volume.

Afin de rendre les machines synchrones à aimants permanents plus attractives pour l'aéronautique (actionneurs de commande de vol, systèmes de freinage, train d'atterrissage ...), il peut être intéressant de réduire le nombre de modules d'électronique de puissance utilisés en les mutualisant. De nombreuses études ont été réalisées pour des systèmes composés de plusieurs machines asynchrones et principalement en traction ferroviaire, mais peu concernent les machines synchrones. Après avoir étudié différentes structures envisageables, les travaux développés lors de cette thèse présentent une étude originale d'un système composé de deux machines synchrones à aimants permanents connectées en parallèle sur un onduleur unique mutualisé. Ces machines ont des caractéristiques identiques ou proches et doivent être pilotées à la même vitesse. La structure de commande retenue lors de cette thèse est de type maître-esclave: seule une des deux machines est autopilotée (la machine maître), l'autre (la machine esclave) fonctionnant en boucle ouverte. Afin d'assurer la stabilité d'un tel système, le synchronisme des deux moteurs doit toujours être respecté. Une stratégie de commande, qui choisit quel est le moteur maître, en prenant en compte la variation des paramètres internes et externes du système, est alors instaurée. Dans ces conditions, les évolutions théoriques des différentes variables sont déterminées. Pour valider ces résultats, un processus expérimental est mis en place. Les nombreux résultats obtenus en simulation et expérimentalement permettent alors de confirmer les résultats théoriques: que ce soient les paramètres mécaniques ou électriques qui varient, la stabilité du système est toujours garantie. Le cas supplémentaire où les deux machines déplacent une charge mécanique commune avec une liaison mécanique rigide entre les deux machines, est finalement développé. Une autre stratégie de commande, dont la structure et les résultats sont également présentés dans cette thèse, est alors nécessaire.

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception d'un dépileur électromagnétique de tôles amagnétiques sur les sites d'emboutissage des usines de construction automobile. Après une étude de caractérisation du comportement mécanique du paquet de tôles huilées et soumis à un effort de pelage, deux principes de séparateur électromagnétique ont été exploités. Le premier consiste à faire interagir, dans la tôle supérieure, un courant induit et un champ alternatif produits par une structure adaptée et placée en bordure du paquet de tôles. Plusieurs structures à champ alternatif ont été proposées et modélisées par la méthode des éléments finis et leurs performances, pour l'effort de pelage, analysées et commentées. Le deuxième principe repose sur l'interaction d'un champ magnétique produit par une structure à aimants permanents et un courant électrique circulant en bordure de la tôle supérieure et délivré par des électrodes. Une méthode de calcul tridimensionnelle semianalytique du champ magnétique créé dans le plan de la tôle supérieure est proposée ainsi qu'un modèle analytique de répartition de la densité de courant dans cette même tôle issu de la résolution de l'équation de Laplace par la méthode de séparation des variables. Cette modélisation a permis l'optimisation de l'effort de pelage et un prototype a été construit en laboratoire. Les résultats obtenus ont donné satisfaction.

Le principal objectif de nos travaux était l'établissement de modèles suffisamment précis pour étudier le comportement des machines électriques en présence d'un défaut de court-circuit entre spires et d'en déduire les signatures pertinentes pour la détection de ce type de défaut. L'autre objectif était de dimensionner des machines électriques à courant de court-circuit d'amplitude limitée pour réduire le risque de propagation du défaut. La première approche de modélisation consiste à effectuer une étude complète en utilisant la méthode d'éléments finis pas à pas dans le temps. Les résultats obtenus par ce modèle "éléments finis" concernant une MSAP et une MAS, saines et aussi en présence de plusieurs défauts "entre spires" de niveaux de sévérité différents, concordent avec ceux obtenus expérimentalement sur deux bancs d'essai. La seconde approche a consisté à mettre au point un modèle "circuits électriques" dont la complexité dépend du type de structure magnétique et du type de bobinage de la machine étudiée. Nous avons proposé deux méthodes de détermination des paramètres : 1- des méthodes numériques (éléments finis) ; 2- l'établissement des nouvelles expressions analytiques. Dans le dernier chapitre, une méthode basée sur la segmentation des aimants sous un pôle qui n'est en fait qu'une démultiplication du nombre de pôles au rotor sans modification du bobinage statorique est proposée est utilisé pour réduire le courant de défaut..

Ce travail s'intéresse à l'étude des machines synchrones à double excitation (MSDE) et au dimensionnement des machines synchrones à aimants permanents (MSAP) dans le cadre des applications de type véhicule hybride. Celle-ci se place dans le cadre général de la réduction des rejets de substances polluantes des véhicules. Le véhicule hybride, associé aux MSAP et aux MSDE constitue de ce point de vue une solution intéressante pour résoudre ces problèmes. Nous avons mis au point plusieurs modèles électromagnétiques analytiques (linéaires ou non) de MSAP basés sur la transformation de Park et sur l'utilisation de réseaux réluctants. Ceux-ci permettent de concilier précision, rapidité et simplicité. Nous avons dimensionné et réalisé une MSDE au laboratoire SATIE répondant à un cahier des charges de véhicule hybride fourni par le groupe PSA. Celle-ci a pu répondre aux contraintes des spécifications à la fois en terme d'encombrement et de performances.