La sécurité des traitements numériques est quelque chose d'important dans notre société actuelle. Un grand nombre d'applications nécessite de forts niveaux de sécurité et/ou de sûreté. Pour répondre à ces besoins, les applications utilisent souvent des composants ASICs. Les principaux problèmes de ce type de composant sont qu'ils sont dédiés à une application et nécessitent de forts volumes de production. Une autre approche possible consiste à utiliser des plates-formes reconfigurables telles que des FPGAs de type SRAM. Cependant, la mémoire de configuration de ces FPGAs est sensible aux perturbations, ce qui nécessite une étude spécifique. Cette thèse a pour objectif principal de caractériser les effets des injections de fautes par tirs laser et par application de surtensions dans ce type de composant. Lors de ce travail, nous avons pu analyser pour un type de FPGA la sensibilité des différents éléments configurant la logique programmable et identifier les principaux types de modification des interconnexions. Les effets obtenus ont été étudiés en fonction de plusieurs paramètres : focalisation du faisceau laser ou amplitude des surtensions, durée des perturbations et énergie. Le déterminisme des effets a également été analysé. Il a été montré pour les attaques par laser que la forme des zones de sensibilité dépend de la valeur initiale du bit et une interprétation a été proposée. Suite à ces différentes caractérisations, un crypto-processeur AES sécurisé contre les injections de fautes a été implanté sur le FPGA et attaqué. Les différences de robustesse avec l'implantation ASIC ont en particulier été analysées et une amélioration des contre-mesures a été proposée, implantée et validée.

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Parmi les convertisseurs d'électronique de puissance, les variateurs de vitesse utilisés pour l'alimentation des machines électriques sont source de perturbations électromagnétiques à haute fréquence telles que les courants de mode commun et les surtensions aux bornes des moteurs. Le travail porte sur la réduction de ces perturbations par l'emploi d'un convertisseur multiniveaux associé à de nouvelles lois de commande rapprochée. Après un état de l'art des méthodes d'atténuation existantes, l'onduleur à trois niveaux de type neutral-point-clamped (NPC) est retenu comme structure de conversion continu-alternatif et une nouvelle stratégie de modulation de largeur d'impulsion (MLI) est développée en vue de réduire les courants de mode commun générés par l'onduleur. Les phénomènes entrant en jeu dans les commutations des interrupteurs de puissance sont analysés et modélisés afin d'établir des contraintes de commande permettant de maximiser les performances de la MLI proposée. Parallèlement, l'utilisation de câbles longs entre le variateur et la machine soulève une contrepartie vis-à-vis des surtensions moteur qui est maîtrisée par l'exploitation adéquate des degrés de liberté de la nouvelle MLI. Enfin, la problématique de régulation du point milieu capacitif du bus continu est abordée. La stratégie proposée est implantée expérimentalement par l'intermédiaire d'une modulation naturelle par porteuses, et les résultats de mesure montrent un gain de cinq décibels sur les courants de mode commun par rapport aux stratégies classiques tout en limitant les surtensions générées aux bornes du moteur et en assurant l'équilibrage du bus continu.

Le problème de reprise de service des réseaux électriques à la suite d'un incident partiel ou généralisé est un problème bien connu depuis très longtemps. Cependant, ces dernières années, à cause de la concurrence économique et de la dérégulation, les réseaux électriques sont appelés à fonctionner de plus en plus près de leurs limites. Parallèlement à cela, les réseaux électriques sont devenus de plus en plus complexes et leurs dimensions ne cessent de croître, ce qui a augmenté le risque de pannes généralisés. La maîtrise de la reprise de service revêt alors une importance nouvelle. La reprise de service d'un réseau, après un incident quelconque, doit être à la fois rapide et fiable. Une telle opération exige la disponibilité de plans détaillés. Cette thèse porte plus particulièrement sur la phase initiale de la reprise de service d'un réseau électrique, phase pendant laquelle quatre problèmes sont identifiés. Afin de pouvoir apporter des solutions à ces problèmes, quatre approches ont été développées tout au long de ce travail: La première consiste à déterminer la séquence optimale de la mise en marche des groupes pendant la reprise de service des centrales électriques. L'évaluation du comportement fréquentiel du système lors de la ré-alimentation des charges fait l'objet de la deuxième approche. Dans la troisième approche, nous expliquerons comment réduire l'angle de la phase stationnaire. La quatrième permet l'estimation et le contrôle des surtensions harmoniques pendant le renvoi de la tension ver les transformateurs. Ainsi, un blockset dans l'outil de simulation MATLAB/SIMULINK a été développé pour la simulation dynamique à long terme afin de pouvoir étudier la réponse fréquentielle du système, à la suite d'un déséquilibre entre la charge et la production lors d'un scénario de reprise de service.

Un nouveau circuit de protection contre les surtensions a été développé. Dans ce circuit de protection, la partie<br />dissipative est monolithiquement intégrée dans la même puce du transistor à protéger avec aucune modification<br />technologique additionnelle. Cette intégration monolithique tire profit du système de refroidissement du<br />transistor à protéger pour le refroidissement de la partie intégrée. En même temps, elle réduit au minimum les<br />problèmes de connections entre le transistor à protéger et son système de protection. En plus, la conception de<br />ce circuit de protection permet d'ajuster le seuil de tension de protection. C'est utile pour la mise en série des<br />transistors pour des applications à haute tension. Un modèle du BJT comme transistor de protection est établi.<br />Ce modèle se distingue des modèles existants car il prend en compte que le BJT fonctionne en mode linéaire.<br />Un modèle thermique de l'ensemble des transistors intégrés évalue le comportement de ces transistors malgré la<br />différence entre leur mode de fonctionnement. Ce modèle donne une meilleure distribution des cellules du<br />transistor de protection dans la puce. Des résultats pratiques à partir des composants MOSFETs autoprotégés<br />que nous avons fabriqués valident la solution proposée. Un démonstrateur de hacheur série utilisant deux<br />MOSFETs autoprotégés en série montre l'efficacité de notre solution.

Le Disjoncteur Différentiel Résiduel (DDR) doit garantir la continuité de service ce qui signifie qu'aucun défaut autre que ceux pouvant mettre l'utilisateur en danger ne doivent faire déclencher le produit pour éviter soit des désagréments (non alimentation du congélateur) soit une perte financière (non exploitation d'une installation photovoltaïque).La fonction mesure est composée de :- Un tore pour la mesure du courant résiduel, il réalise naturellement la somme des courants entrant et sortant de l'installation- Une plaquette de mise en forme (filtrage)- Un actionneur, le relais polarisé qui fixe le seuil du dispositif (par sa puissance de déclenchement et fournit une énergie mécanique pour mettre l'installation hors tension.Ces déclenchements non désirés proviennent des défauts de la chaine de mesure. Nous pouvons en citer 3 principales causes :- Courant de fuite à la terre trop important (perturbation réseau mode commun)- Champs magnétiques rayonnés (courant passant dans le primaire du tore)- Equilibrage du tore (mode différentiel) (courant passant dans le primaire du tore)Les surtensions atmosphériques étant considérées comme étant les perturbations les plus critiques, les travaux faits durant cette thèse reposent sur ce phénomène. Toute la problématique est basée sur la manière avec laquelle le disjoncteur différentiel répond face à ces perturbations. Une bonne compréhension de sa réaction dans de tels cas s'avère nécessaire. Les objectifs visés par cette étude sont de :- Trouver un modèle temporel du phénomène de foudre- Mettre en évidence les différentes phases de fonctionnement engendré lors de la réponse d'un DDR à un coup de foudre- Etablir un modèle comportemental du DDR adapté à chaque phase- Mettre en évidence la cause des déclenchements intempestifs- Proposer des solutions permettant a nos produits de ne pas déclencher de façon intempestives et fiabiliser ainsi leur fonctionnement- Diminuer par conséquent les retours clients / The Residual Current Device (RCD) must ensure the continuity of service which means that no default other than those that can put the user at risk should make the product trigger, to avoid any inconvenience (freezer not supplied) or a financial loss (non-operation of a photovoltaic). The measurement function is made up of:- A torus for measuring the residual current, it naturally carries the sum of currents entering and exiting the installation- A plate shaping (filtering)- An actuator, the polarized relay which sets the threshold of the device (through its power of initiation) and provides mechanical energy to turn off power supply.These false triggering are caused by defaults initiated among the measurement chain. We can cite three main reasons:- Residual current too high (over-voltages on electrical network by common mode)- Radiated Magnetic Fields (current through the primary circuit of the torus)- Balancing the torus (differential mode) (current through the primary circuit of the torus)As the atmospheric over-voltages are considered to be the most critical disturbances, they will appear as the principal subject of this thesis. The main issue is the behavior of the RCD facing a lightning stroke. So, a well understanding of the manner that it will respond in such situations is necessary. The objectives of this study are to:- Establish a temporal model of lightning stroke- Highlight the different working phases in front of a lightning stroke- Establish a RCD's behavioral model adapted to every phase- Highlight the causes of unwanted triggers- Propose solutions enabling our products to not trigger by default and so improve the reliability of their functioning- Reduce customer returns

Cette thèse porte sur la surveillance des perturbations de la qualité de l’énergie d’un réseau électrique via des techniques paramétriques de traitement du signal. Pour élaborer nos algorithmes de traitement du signal, nous avons traité les problèmes d’estimation des différentes grandeurs du réseau électrique triphasé et de classification des perturbations de la qualité d'énergie. Pour ce qui est du problème d’estimation, nous avons développé une technique statistique basée sur le maximum de vraisemblance. La technique proposée exploite la nature multidimensionnelle des signaux électriques. Elle utilise un algorithme d’optimisation pour minimiser la fonction de vraisemblance. L’algorithme utilisé permet d’améliorer les performances d’estimation tout en étant d’une faible complexité calculatoire en comparaison aux algorithmes classiques. Une analyse plus poussée de l’estimateur proposé a été effectuée. Plus précisément, ses performances sont évaluées sous un environnement incluant entre autres la pollution harmonique et interharmonique et le bruit. Les performances sont également comparées aux exigences de la norme IEEE C37.118.2011. La problématique de classification dans les réseaux électriques triphasés a plus particulièrement concerné les perturbations que sont les creux de tension et les surtensions. La technique de classification proposée consiste globalement en deux étapes : 1) une pré-classification du signal dans l’une des 4 préclasses établis et en 2) une classification du type de perturbation à l’aide de l’estimation des composants symétriques.Les performances du classificateur proposé ont été évaluées, entre autres, pour différentes nombre de cycles, de SNR et de THD. L’estimateur et le classificateur proposés ont été validés en simulation et en utilisant les données d’un réseau électrique réel du DOE/EPRI National Database of Power System Events. Les résultats obtenus illustrent clairement l’efficacité des algorithmes proposés quand à leur utilisation comme outil de surveillance de la qualité d’énergie. / This thesis deals with electric grid monitoring of power quality (PQ) disturbances using parametric signal processing techniques. The first contribution is devoted to the parametric spectral estimation approach for signal parameter extraction. The proposed approach exploits the multidimensional nature of the electrical signals.For spectral estimation, it uses an optimization algorithm to minimize the likelihood function. In particular, this algorithm allows to improve the estimation accuracy and has lower computational complexity than classical algorithms. An in-depth analysis of the proposed estimator has been performed. Specifically, the estimator performances are evaluated under noisy, harmonic, interharmonic, and off-nominal frequency environment. These performances are also compared with the requirements of the IEEE Standard C37.118.2011. The achieved results have shown that the proposed approach is an attractive choice for PQ measurement devices such as phasor measurement units (PMUs). The second contribution deals with the classification of power quality disturbances in three-phase power systems. Specifically, this approach focuses on voltage sag and swell signatures. The proposed classification approach is based on two main steps: 1) the signal pre-classification into one of 4 pre-classes and 2) the signature type classification using the estimate of the symmetrical components. The classifier performances have been evaluated for different data length, signal to noise ratio, interharmonic, and total harmonic distortion. The proposed estimator and classifier are validated using real power system data obtained from the DOE/EPRI National Database of Power System Events. The achieved simulations and experimental results clearly illustrate the effectiveness of the proposed techniques for PQ monitoring purpose.