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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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  • Characterization and prediction of flow electrification phenomena in fuel tanks of aeronautical structures    - Clermont Paul Daniel Stanley  -  24 février 2016

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    Avec la nouvelle génération d'avions composites, une attention est portée sur les systèmes de carburant vis-à-vis de la prévention des décharges électrostatiques (ESD) durant les phases de remplissage des réservoirs. La plupart des travaux réalisés en aéronautique a été menée sur des réservoirs métalliques. Toutefois, l'introduction des matériaux composites a soulevé de nouvelles interrogations, puisque ces matériaux peuvent avoir un comportement différent des métaux vis-à-vis de l'électrisation par écoulement, qui justifient pleinement de nouvelles analyses. Afin de définir correctement les structures des réservoirs et leur protection contre les risques ESD, il est crucial de comprendre comment un empilement complexe de matériaux se comporte en termes de création de charge lorsque ces matières sont en contact avec un carburant d'avion. La structure de ces matériaux et leurs propriétés électriques contrôlent le potentiel électrique atteint dans le réservoir à travers un équilibre entre la production, l'accumulation et la fuite des charges électriques. Ce potentiel peut dépasser le point d'éclair du mélange air/vapeurs de carburant et provoquer une inflammation. Diverses mesures de protection peuvent être adoptées pour contrôler ce phénomène, comme utiliser des additifs antistatiques dans les carburants, des réservoirs métalliques à la masse ou encore des réservoirs faits de matériaux non métalliques mais ne favorisant pas l'accumulation de charges. C'est principalement en réponse à cette dernière solution que ce travail est orienté afin de guider vers le choix optimaux des matériaux et une meilleure définition des structures du réservoir.

  • Contribution to numerical simulation of electrohydrodynamics flows: application to electro-convection and electro-thermo-convection between two parallel plates    - Wu Jian  -  17 septembre 2012

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    Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle approche pour la simulation numérique des phénomènes électroconvectifs et électro-therrno-convectifs. La principale difficulté réside dans la détermination du champ électrique et de la distribution de densité volurnique de charges électriques. Dans cette approche, des schémas de type TVD (Total Variation Dirninishing) et IDC (Improved Deferred Correction) sont utilisées dans la discrétisation des flux convectifs et diffusifs par la méthode des volumes finis. La première partie de cette thèse présente certains aspects numériques liés à l'implémentation de ces schémas. Une approche unifiée pour les schémas convectifs TVD de type borné à haute résolution est présentée et diverses fonctions limiteur sont comparées. Dans une deuxième partie, l'électro-convection entre deux plaques parallèles est simulée. La méthodologie a été évaluée et validée par la détermination des Critères de stabilité linéaire et non linéaire. Les différents scenarii d'évolution du développement de cette instabilité électroconvective vers l'état chaotique ont été définis. L'effet du mécanisme de diffusion la densité volumique de charge sur la boucle d'hystérésis et sur la structure de l'écoulement est étudié. L'influence du rapport d'aspect de la cavité est analysé. Enfin dans une dernière partie, nous étudions l'électro-thermo-convection lorsque le fluide est soumis simultanément à une injection unipolaire et à un gradient thermique. L'augmentation des transferts de chaleur a été caractérisée.

  • 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.

  • Contribution to the study of synchronized differential oscillators used to controm antenna arrays    - Ionita Mihaela-Izabela  -  18 octobre 2012

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    Le travail présenté dans ce mémoire traite de l’étude d’oscillateurs et d’Oscillateurs Contrôlés en Tension (OCT) différentiels couplés appliqués à la commande d’un réseau d’antennes linéaire. Après avoir rappelé les concepts d’antennes réseaux et d’oscillateurs, une synthèse de la théorie élaborée par R. York et donnant les équations dynamiques modélisant deux oscillateurs de Van der Pol couplés par un circuit résonnant a été présentée. Après avoir montré la limitation de cette approche concernant la prédiction de l’amplitude des oscillateurs, une nouvelle formulation des équations non linéaires décrivant les états de synchronisation a été proposée. Néanmoins, compte tenu du caractère trigonométrique et fortement non linéaire de ces équations, une nouvelle écriture facilitant la résolution numérique a été proposée. Ceci a permis l’élaboration d’un outil de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) fournissant une cartographie de la zone de synchronisation de deux oscillateurs de Van der Pol couplés. Celle-ci permet de déterminer rapidement les fréquences d’oscillation libres nécessaires à l’obtention du déphasage souhaité. Pour ce faire, une procédure de modélisation de deux oscillateurs et OCTs différentiels couplés, par deux oscillateurs de Van der Pol couplés par une résistance a été élaborée. Les résultats fournis par l’outil de CAO proposé ont ensuite été comparés avec les résultats de simulations de deux oscillateurs et OCTs différentiels couplés obtenus avec le logiciel ADS d’Agilent. Une très bonne concordance des résultats a alors été obtenue montrant ainsi l’utilité et la précision de l’outil présenté.

  • 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.

  • Amélioration des performances des matériaux fibreux non-tissés chargés par décharge couronne utilisés pour la filtration de l'air    - Fatihou Ali  -  12 octobre 2016

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    La démarche expérimentale menée dans cette thèse a eu comme objectif l'étude des facteurs qui influent l'efficacité de collecte des médias non-tissés chargés par décharge couronne, utilisés pour la filtration de l'air. Les recherches se sont focalisées sur les techniques faisant appel à la décharge couronne en configuration fil-plan et en configuration triode (électrode duale + grille + plan de masse). L'étude s'est déroulée en trois phases : (1) mise au point de dispositifs expérimentaux pour générer la décharge couronne et mesurer le potentiel électrique à la surface des échantillons chargés ; (2) caractérisation de l'état de charge des médias ; (3) évaluation de l'efficacité de collecte, en corrélation avec les résultats des mesures de charge. La distribution de charges a été plus homogène en configuration triode et le niveau de charge a été meilleur en polarité positive. Le déplacement de l'échantillon dans la zone de décharge électrique permet de mieux uniformiser la distribution de la charge. L'augmentation du courant de décharge et du potentiel de grille permet d'amplifier le niveau de charge des médias, suite à l'intensification du champ électrique moyen entre l'électrode active et le plan de masse (en configuration fil – plan), ou entre la grille et le plan de masse (en configuration triode). L'efficacité de la collecte est meilleure si la charge est uniformément déposée, sous l'action d'un champ électrique plus intense. Elle est plus élevée pour les configurations dites « multicouches » où la captation des particules est améliorée par l'association de plusieurs mécanismes physiques, mettant en jeux des forces électriques et mécaniques.

  • Conception d'un réseau de capteurs sans fil, faible consommation, dédié au diagnostic in-situ des performances des bâtiments en exploitation    - Dessales Denis  -  08 décembre 2011

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    Ce travail de thèse est le fruit d'une collaboration de recherche à travers une convention CIFRE entre le laboratoire XLIM-SIC de l'université de Poitiers et le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) de Grenoble. L'objectif principal de cette thèse concerne la conception et l'optimisation énergétique d'un réseau de capteurs sans fil capable de mesurer in-situ, pendant plusieurs années, les performances énergétiques d'un bâtiment (luminosité, acoustique, température ...). Dans ce but, les travaux de recherche se sont principalement portés sur l'optimisation énergétique des communications sans fil du réseau à travers les couches basses du modèle OSI. Sachant que les performances de la couche physique impactent directement l'efficacité des autres couches, l'approche développée a consisté à modéliser de façon réaliste la chaîne de transmission numérique à partir du développement d'un modèle de canal qui tient compte de l'influence des personnes sur la qualité de transmission. Ensuite, à partir de cette modélisation de la couche physique et d'un modèle d'énergie existant, la qualité des liens radio a été évaluée de façon à trouver le meilleur compromis entre la robustesse et l'efficacité énergétique des transmissions radio. Pour étendre notre raisonnement à l'échelle d'un réseau, la suite des travaux s'est portée sur l'étude de la couche MAC. En raison de l'interdépendance des paramètres affectant la consommation, la méthode choisie a consisté à évaluer par une approche "cross-layer" les performances énergétiques de différents protocoles MAC, en prenant en compte l'impact des performances de la couche physique dans l'évaluation. Cette étude a ensuite permis...

  • 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 l'amélioration de la régulation de tension des générateurs synchrones : nouvelles structures d'excitation associées à des lois de commande H∞    - Barakat Abdallah Mouhammad  -  18 novembre 2011

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    Le travail de recherche présenté dans ce mémoire traite de façon originale l'amélioration de la régulation de tension des générateurs synchrones autonomes durant les régimes transitoires de la charge. La structure d'excitation et la loi de commande associée sont deux éléments principaux qui influencent le comportement dynamique des générateurs synchrones. Le système d'excitation industriel est souvent basé sur la structure d'excitation classique (brushless) associée à un régulateur de tension analogique ou numérique de type PID. En remplaçant le régulateur industriel par un régulateur numérique H∞, une amélioration remarquable dans les performances du système a été obtenue. De nouvelles structures d'excitation permettant de commander directement la roue polaire à travers un pont PD3 à thyristors ou un pont PD3 à diodes suivi d'un hacheur ont permis d'obtenir de meilleurs résultats dynamiques en termes de chutes/dépassements de tension et temps de réponse. Une comparaison des régulateurs H∞ monovariables et multivariables ont montré que la structure SISO était plus simple et presque aussi performante que la commande MISO.

  • Contribution à l'amélioration des performances des génératrices synchrones : nouvelle structure d'excitation basée sur une machine à aimants et combinée à des lois de commande avancées    - Mouni Emile Bowendnéré  -  25 novembre 2008

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    Dans cette thèse une contribution a été faite sur l'étude et l'amélioration des performances de la génératrice synchrone (GS). C'est ainsi qu'une nouvelle structure d'excitation de la GS, basée sur l'utilisation d'une machine à aimants permanents combinée avec un pont redresseur à thyristors, a été proposée en vue d'alimenter directement l'inducteur de celle-ci. Afin de tirer un grand avantage de cette structure d'excitation dont la dynamique est par nature plus rapide que celle des structures classiques, deux lois de commande ont été mise en place : la commande prédictive et la commande H∞ et elles ont fourni des résultats assez similaires et très satisfaisants en simulation. Pour la validation expérimentale, une implantation en temps réel via une interface Dspace, nous a permis de conclure quant à la validité de notre approche. Une comparaison avec une structure d'excitation industrielle a été faite afin d'évaluer aussi bien quantitativement que qualitativement l'apport effectif de ce travail. Ainsi en termes de chutes/dépassement de tension, de temps de réponse et de taux de distorsion des signaux de sortie, la nouvelle approche combinée à une loi de commande moderne apporte une meilleure réponse par rapport aux structures classiques.

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