L’infrastructure d’alimentation ferroviaire, qui comprend principalement la sous-station d’alimentation ferroviaire, la caténaire et les rails, permet l’acheminement de l’énergie nécessaire au fonctionnement du matériel roulant, mais les signaux d’amplitudes élevées qu'elle véhicule peuvent engendrer des champs électromagnétiques non négligeables sur une large bande fréquentielle. Il est donc essentiel de déterminer les contraintes électromagnétiques auxquelles seront soumis les équipements électroniques et de télécommunication à bord et à proximité du matériel roulant. La thèse propose un modèle du comportement électromagnétique de l’infrastructure d’alimentation sur une large bande de fréquences et dont les paramètres sont déterminés à partir de données accessibles, par exemple, la mesure d’impédances aux bornes de la sous station. Après une description des sous-stations, qui se composent principalement de transformateurs et de convertisseurs statiques, un modèle HF du transformateur est proposé en considérant les effets magnétiques et les capacités parasites. Ce modèle a été appliqué à un premier banc d’essai représentatif d’une sous-station d’alimentation en tension continue qui comprend un transformateur, un redresseur et une résistance. Ensuite l'étude du comportement fréquentiel du courant lorsque les effets de propagation sont introduits dans le modèle a été réalisée puis appliquée au banc de laboratoire modifié en conséquence. Pour terminer, une méthode de simulation d’une infrastructure d’alimentation, basées sur des données issues de mesures de courant effectuées directement aux bornes d'une sous-station réelle puis appliquées un modèle de ligne est détaillée. / During the last three decades, electronic devices have conquered the railway domain. The railway power infrastructure, which is constituted by a power supply substation, a catenary and the rails, allows providing the required current for the rolling stock. The supply current generates significant electromagnetic fields in a wide frequency band. In addition, the new generation of rolling stock is equipped with safety communication systems. In order to work properly and reliably, the on-board and close electronic systems must be fairly immune to the effect of the electromagnetic interference. Thereby, it’s essential to determine the electromagnetic constraints which these electronic systems are confronted. The aim of this work is to develop an electromagnetic model the railway power infrastructure over a wide frequency band. After a description of the power substation which contains mainly of transformers and converters, a high frequency model of power transformer is proposed by considering the magnetic effects and parasitic capacitances. This model was applied to study an electromagnetic behaviour a bench test that represents a classic DC power substation which includes a transformer, a rectifier and a load resistance. Then, a bench test that contains a transformer, a transmission line and a load allows us to study the frequency behaviour of the line current. Finally, a simulation of a railway infrastructure based on using measurements done directly to the terminals of a substation is detailed.

L'augmentation des charges électriques embarquées dans l'avion « plus électrique » impose une vigilance accrue au niveau de la compatibilité électromagnétique. L'utilisation d'alimentations à découpage, nécessaires à la commande en vitesse des actionneurs électromécaniques, entraîne la circulation de courant de mode commun dans les câbles de puissance et donc la création de champs électromagnétiques. Les tolérances d'émission des équipements électriques aéronautiques proviennent la norme aéronautique civile DO-160E. Cette étude nous a permis de prédire les modes de rayonnement de plusieurs architectures de connexions des câbles de puissance parcourus par les signaux de l'électronique de puissance, dans les conditions spécifiques imposées par la norme DO-160E et selon leur mode de connexion à la masse. Nous présentons dans un premier temps la modélisation d'un système électrique constitué d'un convertisseur statique à configuration versatile, d'un câble de puissance ainsi que d'une charge. Cette modélisation est ensuite utilisée pour déterminer le champ électromagnétique rayonné par les câbles de puissance. Dans un deuxième temps, nous validons les résultats théoriques par des mesures de champ sur un banc d'essai versatile et représentatif. / The growing-up of electrical loads embarked on the "more electric" aircraft imposes to pay more and more attention for the electromagnetic compatibility. The use of power electronics converters to drive electromechanic actuators, involves the flowing of common mode currents in power cables and the whole systems, and consequently the generation of electromagnetic fields. The tolerances on emissions of the aeronautical electric equipments results in the civil aeronautical standard DO-160E. This study allows us to predict the modes of radiation of several architectures of connections of power cables supplied by power electronics signaIs, in the specific conditions imposed by the standard DO-160E and according to their mode of connection to ground. We present at first the modelling of an electrical system constituted by a static converter with a versatile configuration, a power cable and an electrical load. This modelling is used to determine the electromagnetic field radiated by the power cable. Secondly, we validate the theoretical results by measurements of radiated H and E fields on a versatile and representative bench test.

Dans le cadre du déploiement de nouveaux systèmes de transmission basés sur les technologies xDSL (x Digital Subscriber Loop) et PLC (PowerLine Communication). Ces techniques, mises en oeuvre sur l'infrastructure existante (réseau téléphonique ou électrique) afin de transmettre des données haut débit, et offrent de nouveaux services avec un accès à l'information qui devient illimité. Cependant, cette augmentation des débits sur des voies de transmission de plus en plus variées, et l'utilisation de fréquences élevées exigent de sévères contraintes de compatibilité électromagnétique. Ces fréquences susceptibles d'engendrer des phénomènes d'interférences électromagnétiques associés aux caractéristiques des équipements déployés et des liens physiques utilisés. Il convient donc de prendre en compte ces problèmes d'émission électromagnétique lors du déploiement des services haut débit afin d'éviter d'éventuelles conséquences sur les systèmes radioélectriques, ou entre systèmes filaires hauts débits occupant les mêmes bandes de fréquences. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre général et est orienté vers le développement de méthodes prédictives en vue de les appliquer à des systèmes de transmission haut débit rencontrés dans le réseau d'accès. Il s'agit de sélectionner une théorie efficace, permettant de déterminer le rayonnement trouvé à proximité de lignes de télécommunications ou électriques, parcourues par des signaux de hautes fréquences. Le second axe de ce travail est consacré à la recherche de méthodes permettant de diminuer les émissions électromagnétiques de ces nouveaux services

L'augmentation des charges électriques embarquées dans l'avion « plus électrique » impose une vigilance accrue au niveau de la compatibilité électromagnétique. L'utilisation d'alimentations à découpage, nécessaires à la commande en vitesse des actionneurs électromécaniques, entraîne la circulation de courant de mode commun dans les câbles de puissance et donc la création de champs électromagnétiques. Les tolérances d'émission des équipements électriques aéronautiques proviennent la norme aéronautique civile DO-160E. Cette étude nous a permis de prédire les modes de rayonnement de plusieurs architectures de connexions des câbles de puissance parcourus par les signaux de l'électronique de puissance, dans les conditions spécifiques imposées par la norme DO-160E et selon leur mode de connexion à la masse. Nous présentons dans un premier temps la modélisation d'un système électrique constitué d'un convertisseur statique à configuration versatile, d'un câble de puissance ainsi que d'une charge. Cette modélisation est ensuite utilisée pour déterminer le champ électromagnétique rayonné par les câbles de puissance. Dans un deuxième temps, nous validons les résultats théoriques par des mesures de champ sur un banc d'essai versatile et représentatif.

Cette thèse effectuée au sein de l'IRSEEM s'inscrit dans le cadre du projet EPEA (EMC Platform for Embedded Applications) du pôle de compétitivité Aerospace Valley. L'objectif de ces travaux est le développement de méthodologies de modélisation des émissions rayonnées de composants électroniques. Les modèles doivent être génériques (i.e. applicable à toute sorte de composant), d'obtention facile et insérables dans des outils de simulation électromagnétique commerciaux. Un modèle capable de prédire les champs électrique et magnétique dans le demi-espace au-dessus d'un dispositif est développé dans un premier temps. Il est basé sur un réseau de sources équivalentes de type dipôles électrique et magnétique. Deux inversions de matrices au sens des moindres carrées permettent leur détermination. Le modèle est caractérisé en termes de robustesse vis-à-vis de perturbations dans les données d'entrée et est ensuite appliqué à plusieurs circuits (passifs et actifs) avec de bons résultats. L'insertion des modèles dans des simulateurs commerciaux est possible grâce à une réduction du nombre de sources. Ce modèle est ensuite utilisé pour deux applications CEM : tout d'abord, la prédiction du couplage entre un dispositif agresseur et une ligne de transmission par deux procédures différentes : une analytique et une seconde numérique, puis la prédiction des champs lointains. Finalement, une nouvelle méthode de modélisation pour recréer les champs électrique et magnétique dans l'espace entourant le dispositif est proposée et validée sur des cas simples.

Ce travail de recherche porte sur l’étude de l’effet du vieillissement par fatigue électrothermique sur la compatibilité électromagnétique des composants de puissance à base de carbure de silicium. Il est axé sur deux grandes parties ; une partie expérimentale et une autre plus orientée modélisation. Sur le plan expérimental, cette thèse étudie l’effet du vieillissement des transistors à base de carbure de silicium utilisés dans les convertisseurs statiques sur les perturbations électromagnétiques générées par ces convertisseurs. La deuxième partie porte sur la modélisation de ces transistors afin d’émuler l’effet de leur vieillissement sur les perturbations électromagnétiques des modules qu’ils composent. Cette dernière étape repose sur une étude de l’évolution des caractéristiques électriques statiques et dynamiques effectuées sur le composant sous test pour extraire les principaux paramètres intrinsèques du transistor de puissance dégradé après les séries de stress appliquées. En effet, ces paramètres intrinsèques dégradés émulent l’effet du vieillissement et sont représentatifs des principaux phénomènes pouvant influencer les convertisseurs de puissance étudiés. De ce fait, le changement de leurs valeurs dans le modèle du dit composant, décrit en VHDL-AMS et implémenté sur le simulateur de type circuit ANSYS SIMLORER, nous permet d’obtenir un modèle d’un tel composant après vieillissement. Cette étape a permis de valider la méthodologie développée pour la simulation des perturbations électromagnétiques conduites d’un composant sain dans un premier temps et d’un composant vieilli dans un second. Globalement, cette approche de modélisation innovante développée dans ce travail permet d’aider les concepteurs des convertisseurs statiques à prédire les perturbations électromagnétiques conduites avant et après vieillissement sans passer par la mesure et ses points faibles. Ceci apporte des informations complémentaires sur l’évolution des signatures CEM de tels modules durant sa durée de vie et d’estimer donc le risque lié au vieillissement des composants. / This research work focuses on the electrothermal aging effect on the electromagnetic compatibility of power components based on silicon carbide SiC. It focuses on two major parts ; an experimental part and another more oriented modelization. Experimentally, this thesis studies the aging effect of SiC transistors used in static converters on the electromagnetic interferences EMI generated by these converters. The second part deals with the modeling of these transistors in order to emulate the effect of their aging on the EMI of the modules they compose. This step made it possible to validate the methodology developed for the simulation of the conducted EMI of a healthy SiC MOFSET at first and of an aged SiC MOSFET in a second time. Overall, this innovative modeling approach developed in this work helps the designers of static converters to predict the conducted EMI before and after aging without going through the measurement. This provides additional information on the evolution of the EMC signatures of such modules during its lifetime and thus to estimate the risk associated with the aging of the components.