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Section 63 - Génie électrique, électronique, photonique et systèmes

Les thèses se rapportant à la section CNU "Section 63 - Génie électrique, électronique, photonique et systèmes"

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  • Contributions to the study of certain electrostatic hazards in the manufacturing process of electronic devices and circuits    - Antoniu Angela Vasilut  -  06 décembre 2010

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    Les risques des décharges électrostatiques (DES) sur des dispositifs et systèmes électroniques dépend de l'état de charge de l'opérateur et des objets situés à proximité. Cette thèse a eu comme objectif de contribuer à la mise au point d'une méthodologie de mesure pour caractériser l'état de charge des opérateurs et des matériaux textiles, afin d'établir leur capacité de produire DES nuisibles. Des méthodes de mesure directes et indirectes ont été proposées pour l'évaluation de la charge des opérateurs dans trois situations d'intérêt pratique. D'autres techniques, telles que la mesure de potentiel de surface et de l'intensité du champ électrique ont été utilisées pour le monitoring de l'état de charge des matériaux textiles. Des modèles comportementaux ont été établis pour la charge et la décharge de ces matériaux, en faisant appel à la méthodologie des plans d'expériences. Les essais réalisés sur des échantillons de polypropylène et de polyester ont permis de valider aussi deux méthodes permettant d'accélérer la diminution de la charge des médias isolants non-tissés en utilisant des générateurs d'ions ou des décharges couronne produites par des électrodes alimentées à des hautes tensions sinusoïdales ou triangulaires, de fréquences allant jusqu'à 400 Hz. Un exemple d'accumulation d'électricité statique sur une plaquette de silicium est aussi discuté, en rapport avec une application à la fabrication des microsystèmes électromécaniques. L'amélioration de la méthodologie de mesure est un pré-requis pour l'adoption des meilleures stratégies destinées à maîtriser les risques électrostatiques dans un environnement industriel.

  • Contribution to the stiffness and transparency improvement of a haptic interface used for surgical cobotic applications    - Jabbour Ziad  -  29 novembre 2010

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    Un cobot chirurgical est un système développé pour empêcher les chirurgiens d'endommager les structures anatomiques sensibles. Le cobot permet au chirurgien de manipuler librement ses instruments de chirurgie, sauf dans les volumes définis à l'avance comme des zones anatomiques à protéger. Le cobot évite au chirurgien de pénétrer dans ces zones interdites et assure par conséquent des opérations chirurgicales délicates en protégeant activement les structures sensibles, comme la moelle épinière, etc. Ainsi un cobot chirurgical est un système haptique présentant à la fois une excellente transparence et une capacité à générer des forces dans la main de son opérateur. L'objectif de cette thèse est d'améliorer les performances d'une interface haptique à un degré de liberté en termes de raideur atteinte et de transparence. L'interface haptique étudiée est entraînée par une machine synchrone à aimants permanents (MSAP) en utilisant un D.S.P. à virgule fixe. Deux modes de fonctionnement différents sont considérés pour l'interface haptique: le mode bloqué et le mode transparent (ou fonctionnement libre). En mode bloqué, la MSAP doit délivrer son couple nominal instantanément et le maximum de raideur. Pour obtenir la meilleure raideur, la méthode d'estimation de la vitesse de MSAP est améliorée et la fréquence d'asservissement du contrôleur est augmentée. Ainsi, deux méthodes d'estimation de vitesse sont proposées, évaluées et comparées avec la classique méthode d'estimation de vitesse " Synchronous Constant Elapsed Time method " (SCET): l'une est basée sur le filtre de Kalman (KF) et la seconde sur un observateur d'état (FOSO). En parallèle, le code du DSP est optimisé afin d'augmenter la fréquence d'asservissement du contrôleur. En mode transparent, l'interface haptique doit être aussi légère que possible. Toutefois, la transparence est dégradée par les frottements et l'inertie liés à la structure mécanique, ainsi que le phénomène de " cogging " de la MSAP. Deux stratégies pour compenser les frottements et l'inertie du système sont proposées. La première utilise l'estimation en ligne du couple de perturbation à l'aide de l'observateur d'état (FOSO) et la seconde estime en hors ligne le couple de perturbation en utilisant l'équation mécanique du système et les paramètres mécaniques pré-identifiés. Quant au phénomène de " cogging " de la MSAP, une technique d'identification hors ligne et de compensation des ondulations du couple est proposée et évaluée. La combinaison des solutions proposées permet d'obtenir une raideur maximale de 35Nm/rad en mode bloqué et de compenser 91% du phénomène de " cogging " de la MSAP en mode transparent, ainsi que les frottements et l'inertie du système.

  • Modélisation du processus de charge et séparation tribo-aéro-électrostatique de matériaux plastiques granulaires    - Dragan Ioan Ciprian  -  21 octobre 2010

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    Les procédés de séparation électrostatique sont déjà utilisés pour le recyclage des déchets industriels broyés, chargés au préalable par effet triboélectrique dans des dispositifs à vibrations, à cylindre tournant ou à lit fluidisé. L'efficacité de ces dispositifs étant parfois limitée par la charge électrique accumulée pendant le transport pneumatique des matériaux à séparer, une étude a été réalisée en faisant appel la méthode des plans d'expériences afin d'identifier les facteurs influents et de proposer des solutions d'amélioration. Si les dispositifs actuels ne donnent pas satisfaction c'est aussi parce que certaines particules n'arrivent pas à se charger convenablement pour être séparées en champ électrique. Un procédé et une installation originaux permettent de remédier à ces inconvénients, en utilisant en même temps l'effet triboélectrique, la force de Coulomb et la force image électrique. Deux dispositifs à lit fluidisé ont été construits dans le but de faciliter la compréhension des phénomènes physiques à la base du nouveau procédé et de tester sa faisabilité. Les expériences réalisées sur ces dispositifs ont montré que l'efficacité du processus de charge dépend fortement de la vitesse de l'air de fluidisation et de la durée passée par les particules dans le dispositif. Ces études ont permis de préciser les solutions techniques essentielles à la réalisation d'un séparateur tribo-aéroélectrostatique industriel. Les résultats expérimentaux confirment la charge triboélectrique en lit fluidisé associée à la séparation en champ électrostatique comme un procédé efficace de traitement des déchets granulaires d'équipements électriques et électroniques.

  • Simulations par l'acoustique géométrique en présence de surfaces courbes avec prise en compte de la diffraction    - Vermet Mikaël  -  25 mars 2010

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    L'objectif de cette thèse est d'améliorer la prédiction de la pression acoustique à l'aide des méthodes à rayons en présence d'obstacles courbes. Nous nous plaçons dans un cadre existant de lancer de faisceaux adaptatif. Dans une première partie, nous traitons du problème général de la diffraction par des obstacles. Nous nous intéressons tout d'abord au problème des diffractions successives par des arêtes de dièdre que nous étendons au calcul des ondes rampantes sur les surfaces courbes par l'intermédiaire de l'utilisation de maillages adaptés, indépendants de la fréquence. Dans une seconde partie, nous nous intéressons à la reconstruction de surfaces continues et dérivables à partir de maillages triangulaires lissés afin d'améliorer le calcul de la pression réfléchie. De plus, nous imposons que ces surfaces soient exploitables au sein du lancer de faisceaux. Pour cela nous partons des splines de Powell-Sabin que nous étendons à n'importe quel type de surfaces. Ceci implique d'effectuer des changements de projection des splines, ce qui a pour conséquence l'apparition d'ouvertures sur la surface ainsi reconstruite. Nous montrons que ces trous peuvent être comblés à l'aide d'équations implicites de degré 4 ; leur intersection avec des rayons peut ainsi être calculée analytiquement.

  • Précipitation électrostatique de particules submicroniques par décharge à barrière diélectrique : étude électrique, granulométrique et aérodynamique    - Dramane Boni  -  09 décembre 2009

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    Nous avons, dans le cadre de ce travail, développé la Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) dans deux électrofiltres de géométries différentes. L'un des électrofiltres est de configuration Fil -Cylindre et l'autre de configuration Plan-Plan. Le premier volet de l'analyse de la précipitation électrostatique a consisté à déterminer l'efficacité de collecte des électrofiltres. Les résultats obtenus ont montré que l'utilisation de la DBD pour la précipitation donnait non seulement de très bons résultats en configuration Fil-Cylindre, mais également en configuration Plan-Plan (plus de 99% d'efficacité). Le second volet de notre étude a été consacré à la caractérisation des phénomènes EHD à l'intérieur des électrofiltres DBD à l'aide de moyens métrologiques optiques. Les résultats ont montré que le vent électrique a une influence minime sur la précipitation. En dehors du processus de génération du vent électrique dû à la différence de rayon de courbure entre les électrodes, il semblerait que les streamers soient impliqués dans le phénomène de précipitation. D'un point de vue organisationnel, ce travail s'articule autour de quatre chapitres. Dans le premier chapitre, nous présentons la précipitation électrostatique comme un outil de dépollution de l'air. Le deuxième chapitre est consacré à la caractérisation électrique des électrofiltres. Le troisième chapitre aborde l'analyse des performances granulométrique des électrofiltres. Enfin, le quatrième chapitre traite l'aspect EHD des phénomènes opérant à l'intérieur des électrofiltres.

  • Etude et développement d'actionneurs electrohydrodynamiques pour le contrôle des écoulements : application à l'atomisation des nappes liquides    - Daaboul Michel  -  03 novembre 2009

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    Ce travail porte sur le contrôle électrohydrodynamique (EHD) des écoulements et plus particulièrement sur la mise au point d'une méthode de visualisation ainsi que sur le développement d'actionneurs. Dans une première partie, une analyse bibliographique rappelle les principes fondamentaux de l'EHD. Dans le deuxième chapitre, la méthode de vélocimétrie par image de particules (PIV) est adaptée au cas des écoulements EHD. La validité des mesures PIV en présence d'un champ électrique est analysée sur un écoulement de référence : le panache chargé bidimensionnel. Ensuite, dans le troisième chapitre, deux actionneurs utilisant deux techniques différentes d'injection sont examinés. Le premier actionneur étudié est basé sur la configuration lame-plan. La comparaison du jet 2D plan obtenu avec différents écoulements classiques de la mécanique des fluides permet de souligner les particularités du système. Les résultats obtenus permettent d'envisager des applications dans l'industrie aérospatiale. Le second actionneur utilise l'injection à barrière diélectrique. L'étude du comportement à l'aide de la méthode PIV a montré que le flux induit se comporte principalement comme un jet de paroi. Dans le chapitre quatre, l'actionneur est ensuite placé dans un injecteur afin d'obtenir la pulvérisation d'une nappe de carburant. Les différents paramètres testés montrent l'efficacité de la méthode. En conclusion, les deux actionneurs EHD ont montré leurs capacités à agir sur un liquide. Cette technique a été appliquée avec succès à la pulvérisation d'une nappe de carburant. Elle est particulièrement intéressante en aéronautique dans le cas où un écoulement externe d'air ne peut être utilisé.

  • Conception et implémentation d'un méta-modèle de machines asynchrones en défaut    - Bazine Sadok  -  29 juin 2009

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    Pour mener des recherches en diagnostic de la machine asynchrone sur des défauts essentiellement électriques ou mécaniques, l'outil de simulation est indispensable pour les investiguer. Autant en pratique certains défauts sont quasiment impossibles à réaliser, qu'il est souvent aussi difficile de les reproduire en simulation sans y consacrer un temps de développement très important. C'est pour cela que dans cette thèse, avec l'idée d'utiliser les outils issus du génie logiciel, on s'est donné comme objectif d'automatiser la génération d'un simulateur de la machine asynchrone en défaut. Après un recensement des différentes approches de simulation des machines asynchrones, nous avons développé notre modélisation avec la méthode des Circuits Électriques Magnétiquement Couplés (CEMC). Nous détaillons pas à pas les étapes empruntées par le Méta Modèle, dans un premiers temps, pour modéliser une machine saine, en décrivant les parties élémentaires du modèle jusqu'à la façon de les assembler pour obtenir le modèle de la machine complète. Cela s'est traduit par la génération des mutuelles intrinsèques au stator, intrinsèques au rotor, et des mutuelles stator-rotor, ainsi que la construction des matrices de connexions selon les caractéristiques topologiques du bobinage de la machine. Ensuite, nous avons enrichi ce Méta Modèle par la prise en considération de la présence de défauts de type court-circuit de spires au sein d'une même phase, court-circuit entre phase et terre ou rupture de barres. Nous avons montré comment ce générateur de modèle prend en compte chacune de ces altérations topologiques en faisant les extensions nécessaires aux matrices de connexions et aux matrices du

  • Contribution à la caractérisation du canal de propagation en environnement macrocellulaire urbain à 2.2 GHz    - Dunand Albin  -  19 décembre 2008

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    L'élaboration d'un nouveau système de radiocommunication nécessite toujours une caractérisation de ses performances en terme de qualité. Cela passe notamment par des études de performances de l'interface radio à partir de chaînes de simulation, des études de capacités à partir de bilans de liaison simplifiés. Pour cela, une modélisation complète du canal de propagation est nécessaire. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse dont l'objectif est de contribuer à la caractérisation du canal de propagation en environnement macrocellulaire urbain à 2.2 GHz. Les travaux réalisés au cours de la thèse sont présentés dans deux parties distinctes. La première partie traite de l'influence du sens de propagation sur les résultats de caractérisation du canal. Ces travaux ont été réalisés en étudiant théoriquement et expérimentalement la réciprocité du canal de propagation et de transmission. La seconde partie présente une campagne de mesure pour la caractérisation du canal de propagation MIMO en environnement macrocellulaire urbain à 2.2 GHz. La thèse focalise sur l'analyse qualitative des résultats obtenus du fait de la mise en œuvre expérimentale ambitieuse du dispositif de mesure. En particulier, une méthode originale basée sur la superposition des diagrammes spatio-temporels et de photographies panoramiques est présentée pour évaluer la pertinence des résultats de caractérisation obtenus. Ces résultats de caractérisation sont ensuite présentés au travers d'une analyse statistique des paramètres de propagation, d'une étude des résultats de caractérisation spatio-temporelle de la dépolarisation des ondes.

  • Etude avancée des canaux de transmission radio en contexte MIMO : environnements complexes et couplage inter-antennes très large bande    - Pereira Carlos  -  18 décembre 2008

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    L'essor considérable des télécommunications, à travers la conception et le déploiement de réseaux sans-fil de plus en plus performants en termes de capacité d'abonnés et de débit de transmission, témoigne d'un véritable besoin de nos sociétés actuelles. Ainsi, les systèmes envisagés pour répondre à ces attentes doivent fonctionner dans des environnements de plus en plus complexes (milieux urbains denses et/ou intérieurs). Néanmoins, ces types d'environnements présentent la contrainte d'engendrer une propagation des ondes par trajets multiples. Ce phénomène provoque, lors d' une transmission numérique, des risques d'interférences inter-symboles, de chute brutale du niveau de réception, etc... Pour y remédier, un concept tirant profit de la diversité spatiale et considérant plusieurs antennes à l'émission et à la réception (MIMO : "Multiple Input Multiple Output") a été développé. Celui-ci permet, dans le contexte des réseaux de communication personnels et métropolitains, de répondre aux attentes des abonnés quant à la rapidité et à la qualité des communications numériques. Le canal de transmission en devient ainsi un élément central et l'analyse de ses propriétés représente un enjeu important et un sujet de recherche actif. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'une étroite collaboration entre le Département SIC-XLIM de l'Université de Poitiers et le Département Micro-Ondes de Télécom Bretagne (Brest). Son objectif est double et concerne - d'une part, l'influence de la modéisation de l'environnement sur la caractérisation du canal MIMO par l'intermédiaire d'un simulateur de propagation à tracé de rayons. Plus précisément, ce travail se concentre sur l'aspect géométrique de la modélisation et dans une moindre mesure sur l'influence des propriétés électriques des matériaux; - d'autre part, la question du couplage entre antennes, provoqué par la proximité de celles-ci. La modélisation de ces dernières, issue de précédents travaux menés aux Département Micro-ondes, est tout d'abord rappelée. Elle est ensuite appliquée aux résultats de simulation par une approche rayon. Enfin, la modéisation du couplage entre antennes est reprise pour intégrer pleinement les propriétés de polarisation des antennes. Cette étude est étendue au contexte Ultra Large Bande (ULB) pour lequel de très grands débits de transmission sont considérés. Cette ultime étape permet d'évaluer les bénéfices et les limitations de la modélisation antennaire développée pour finalement dégager les perspectives possible de ce travail de thèse.

  • Modélisation multi-fréquences du canal de propagation    - Tesserault Guillaume  -  11 décembre 2008

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    Ces dernières années ont été le témoin d'un fort développement des systèmes de communication sans fil. Dans ce contexte, de nombreux problèmes techniques et économiques sont apparus lors des phases de planification, de déploiement et d'optimisation des réseaux radio mobiles. Pour y remédier, les opérateurs utilisent des outils d'ingénierie dédiés qui permettent de résoudre certains problèmes tels que le calcul de couverture, le dimensionnement, la détermination des zones de Hand-Over, les interférences, l'affectation de fréquence, l'optimisation antennaire, la localisation du trafic, etc. Parmi les fonctionnalités indispensables à ces outils d'ingénierie radio mobiles figurent les modèles de prédiction de champ. Également appelés modèles de propagation d'ondes, ils sont implantés dans les outils d'ingénierie et permettent aux concepteurs de réseaux radio mobiles de déterminer les zones de couverture des stations émettrices et d'en déduire les zones d'interférences. Fournissant des informations indispensables à de nombreux outils employés en aval et exploitant les champs prédits, ils occupent une place privilégiée en ingénierie cellulaire. L'objectif de cette thèse est donc de traiter la problématique de la modélisation du canal de propagation en multi-fréquences. Une connaissance plus approfondie de l'effet de fréquence apporterait des réponses précieuses aux nombreuses préoccupations autour de l'UWB et des futurs systèmes MIMO. On s'est attaché à traiter le problème sous différentes formes de modélisation du canal de propagation : l'aspect large bande pour la modélisation des trajets multiples et bandes étroites pour la prévision du champ. Pour cela, deux campagnes de mesures sur des matériaux typiques du bâtiment ont été conçues et réalisées en configuration "in situ" et en chambre anéchoïque. A l'aide de ces mesures, une nouvelle représentation pour les paramètres diélectriques a été proposée et intégrée dans des outils d'ingénierie. Les résultats obtenus à l'aide ces outils ont été confrontées aux résultats d'une campagne de mesure UWB. Ils ont permis, ainsi, d'étendre le domaine de validité des modèles existants en limitant, ainsi, le recours à de nouvelles campagnes de mesure et ils ont aussi permis d'accroître la robustesse des modèles utilisés dans l'ingénierie.

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