Дисертації з теми "Signatures électriques"

Dans un actionneur électromagnétique, le circuit magnétique joue le rôle indispensable de canalisateur de flux pour diriger l'énergie magnétique dans la zone souhaitée (l'entrefer). Au sein de ce circuit magnétique, des énergies de différente nature, sont transformées, stockées, échangées et dissipées. Les performances de l'outil informatique pour représenter les régimes transitoires et les pertes sont liées à la précision avec laquelle sont évaluées simultanément toutes ces formes d'énergie. Ce constat impose au modèle d'être à même de décrire, en régime dynamique, tout l'historique de l'aimantation du matériau.
Notre travail a consisté à développer des outils de simulation dans lesquels le circuit magnétique est au coeur de la conversion énergétique. Des hypothèses simplificatrices ou/et des couplages de méthodes à priori ou en temps réel nous autorisent à étudier les régimes transitoires à l'intérieur de ces circuits et à en évaluer les pertes.
Le couplage de méthodes de représentation ainsi que les hypothèses y attenant est décrit au fil des chapitres. Les résultats obtenus permettent l'analyse minutieuse du rôle du circuit magnétique pour plusieurs systèmes à vocation industrielle ainsi que la réflexion sur d'éventuelles améliorations à apporter à ces systèmes.

Dans un actionneur électromagnétique, le circuit magnétique joue le rôle indispensable de dispositif de stockage et de dissipation de l'énergie. Les performances de l'outil informatique pour représenter les régimes transitoires et les pertes sont liées à la précision avec laquelle sont évaluées simultanément ces deux formes d'énergie. Ce constat impose au modèle d'être à même de décrire, en régime dynamique, tout l'historique de l'aimantation du matériau. Notre travail a consisté à développer des outils de simulation dans lesquels le circuit magnétique est au cœur de la conversion énergétique. Par des hypothèses simplificatrices ou/et des couplages de méthodes à priori ou en temps réel nous autorisent à étudier les régimes transitoires à l'intérieur de ces circuits et à en évaluer les pertes. Le couplage de méthodes de représentation ainsi que les hypothèses y attenant est décrit au fil des chapitres. Les résultats obtenus permettent l'analyse minutieuse du rôle du circuit magnétique pour plusieurs systèmes à vocation industrielle ainsi que la réflexion sur d'éventuelles améliorations à apporter à ces systèmes

Dans ce travail, les dégradations des diodes électroluminescentes (DEL) ont été étudiées en identifiant et en évaluant leurs signatures électriques et photométriques en vieillissement accéléré sous stress thermique et électrique. Un prototype de banc de test expérimental a été développé et construit spécifiquement pour cette étude ce qui nous a permis de tester 128 échantillons en appliquant différentes conditions de stress thermiques et électriques. Quatre types différents de DEL ont été étudié avec des caractéristiques techniques similaires (température de couleur, courant nominal, mono-puce,...) mais avec des technologies différentes couvrant les principaux acteurs du marché (Cree, Osram, Philips et Seoul Semiconductor). Les échantillons ont d'abord été caractérisés à leur état initial, puis soumis à des conditions de stress électrique (à 350mA ou 1050mA) et thermique (fixé à 50°C). Les mécanismes de défaillance ont été analysés en étudiant l'évolution des signatures électriques et photométriques. Ces caractérisations ont permis d'évaluer et de déterminer l'origine des dégradations à différents niveaux : puce semi-conductrice, interconnexions, phosphore ou encapsulation du dispositif. Les caractérisations électriques nous ont permis d'identifier les mécanismes de dégradation de la puce semi-conductrice et de déterminer la nature des dégradations au niveau du contact ohmique du dispositif (sous fort courant injecté). Les caractérisations photométriques complètent cette étude en évaluant les dégradations associées à l'optique (encapsulation et packaging)
In this work, the degradation of light emitting diodes (LEDs) is studied by identifying and evaluating their aging signature during the stress time. The custom-made experimental test bench is built for realization of the test measurement. Through this experimental test bench, it allows to test a large amount of LED samples and enable to select different temperature condition and different current stress level. There are four different types of LED with similar characteristic in term of their color temperature, IF, VF, power (1W) and as monochip, but different technology coming from Cree, Osram, Philips and Seoul Semiconductor. The devices are firstly characterized their electrical and photometrical characteristic at their initial state, then they are submitted to different current stress condition at low current stress (350mA) and high current stress (1000mA) while the thermal stress is fixed at one temperature (50°C). The study of these devices failure mechanism is archived by using the primary method based on the electrical and photometrical characterization of the devices that allows to evaluate their degradation at different locations of the device components such as semiconductor chip, interconnection and device's package. The electrical characteristic of the device's I-V curve: at low injected current level and reverse bias allow us to identify the degradation characteristic of device's semiconductor chip, at high injected current level allows us to determine the degradation of device's ohmic contact and photometric characteristic allows us to evaluate the degradation of device's package system

L'analyse du domaine des générateurs de signaux électriques de formes d'ondes (FO) arbitraires montre une demande croissante pour des applications militaires en radar ou en guerre électronique. Les solutions actuelles, basées sur des techniques d'électronique numérique et analogique sont limitées par la dynamique d'amplitude des convertisseurs numérique/analogique (CNA) et par la difficulté à réjecter les fréquences images inhérentes aux processus de mélange non-linéaire dans les composants hyperfréquences analogiques. De récentes recherches dans le domaine de la génération optique de FO font état de solutions non limitées par l'électronique pour de nombreuses applications de génération de signaux large bande, mais aucune ne permet à notre connaissance d'atteindre la résolution en fréquence suffisante pour simuler des FO de signatures Doppler de cibles radar. Typiquement une signature Doppler de cibles radar comporte des fréquences s'étendant de quelques hertz jusqu'à plusieurs dizaines de kilohertz autour de la fréquence centrale de fonctionnement du radar. De plus, pour être réalistes, ces signatures Doppler doivent être précisément définies en phase et en amplitude. Nous soutenons la thèse de la génération optique de FO électriques arbitraires permettant de générer des signaux radar complexes de signature Doppler de cibles. Nous mettons aussi en avant l'avantage de pouvoir générer de telles FO sur porteuse optique. Ainsi le signal de FO peut être distribué ou retardé par propagation dans une fibre optique ce qui constitue une qualité essentielle pour les applications de guerre électronique.

Les entraînements électriques utilisent de plus en plus les moteurs asynchrones à cause de leur robustesse, de leur puissance massique et de leur coût. Leur maintenance et leur diagnostic deviennent donc un enjeu économique. Il est important de détecter de manière précoce les défauts qui peuvent apparaître dans ces machines et donc de développer des méthodes de surveillance de fonctionnement ou de maintenance préventive. Ainsi, un modèle fin de la machine a été développé et a permis d'analyser l'impact des défauts sur le comportement du moteur. Il a permis d'obtenir des signatures spécifiques aux défaillances électriques et de prévoir l'évolution de ces dernières. Notre approche repose sur la surveillance de paramètres de modèles comportementaux de la machine, sensibles aux défauts : les résistances rotoriques d'un modèle triphasé, l'inductance magnétisante et la résistance rotorique d'un modèle diphasé. Des outils de détection des défauts rotoriques, basés sur des observateurs de Kalman et grand gain étendus adaptés aux systèmes non-linéaires, ont été synthétisés pour tracer les paramètres précédents
Electrical traction use more and more the asynchronous machines because of their robustness, their power weight ratio. Their maintenance as well as their diagnosis then became an economic state. It is important to early detect the faults likely to appear in those motors and therefor to implement a preventive maintenance. Thus, a detailed model of the machine was developed in order to analyse the impact of those faults on the machine performance. We could then get specific signatures for electrical faults and foresee their evolution. Our approach is based on keeping a close watch over parameters of the performance model of the machine perticularly sensitive to faults : the rotor resistances of three phase model, the magetising inductance and the rotoric resistance of a two phase model. Some tools for detecting motor faults, based on extended Kalman and High Gain observes adapted to non-linear systems, were workout to record these parameters. They were successfully tested on data from a motor bench as well as on data from finite element model

Bien qu’ils soient largement utilisés dans le domaine, les mesures vibratoires classiques présentent plusieurs limites. A la base, l’analyse vibratoire ne peut identifier qu’environ 60% des défauts qui peuvent survenir dans les machines. Cependant, les principaux inconvénients des mesures de la vibration sont l’accès difficile au système de transmission afin d’y placer le capteur ainsi que le coût conséquent de la mise en œuvre. Ceci résulte en des problèmes de sensibilité relatifs à la position de l’installation et ceux de difficulté pour distinguer la source de vibration à cause de la diversité des excitations mécaniques qui existent dans l’environnement industriel.Par conséquent, l’analyse des signatures du courant électrique des moteurs s’impose comme une alternative prometteuse à l’analyse vibratoire et a donc fait l’objet d’une attention grandissante au cours des dernières années. En effet, l’analyse des signatures électriques a l’avantage d’être une méthode techniquement accessible, non-intrusive au système et peu coûteuse. Les techniques basées sur le courant et la tension ne requièrent que les mesures électriques du moteur qui sont souvent déjà surveillées pour le contrôle et la protection des machines électriques. Ce processus a été principalement utilisé pour la détection des défauts de moteur tels que la rupture de barres du rotor et les défauts d’excentricité ainsi que les défauts de roulements. En revanche, très peu de recherches concernent la détection des défauts en utilisant l’analyse du courant. En outre, les signaux électriques triphasés sont caractérisés par des représentations géométriques particulières liées à leur forme d’onde qui peuvent servir en tant qu’indicateurs différents offrant des informations supplémentaires. Parmi ces indicateurs géométriques, les transformées de Park et de Concordia modélisent les composantes électriques dans un repère bidimensionnel et toute déviation par rapport à la représentation d’origine indique l’apparition d’un dysfonctionnement. Aussi, les équations différentielles de Frenet-Serret représentent la trajectoire du signal dans un espace euclidien tridimensionnel et indiquent ainsi tout changement dans l’état du système. Bien qu’ils aient été utilisés pour les défauts de roulements, ces indicateurs n’ont pas été appliqués dans la détection des défauts d’engrenages en utilisant l’analyse des signatures des courants électriques. D’où l’idée novatrice de combiner ces indicateurs avec des techniques de traitement de signal, ainsi que des techniques de classification pour le diagnostic des engrenages en utilisant l’analyse des signatures de courant et de tension du moteur électrique.Ainsi, dans ce travail, on propose une nouvelle approche pour le diagnostic des défauts d’engrenages en utilisant l’analyse des courants et des tensions électriques du stator de la machine et ceci en se basant sur un ensemble d’indicateurs géométriques (Transformées de Park et de Concordia ainsi que les propriétés du repère Frenet-Serret). Ces indicateurs font partie d’une bibliothèque de signatures de défauts qui a été construite et qui comprend également les indicateurs classiques utilisés pour un large éventail de défauts. Ainsi, un algorithme combine les acquisitions expérimentales des signaux électriques à des méthodes de traitement de signal avancées (décomposition modale empirique,…). Ensuite, celui-ci sélectionne les indicateurs les plus pertinents au sein de la bibliothèque en se basant sur les algorithmes de sélection de paramètres (sélection séquentielle rétrograde et analyse des composantes principales). Enfin, cette sélection est utilisée pour la classification non-supervisée (K-moyennes) pour la distinction entre l’état sain et l’état défaillant
Although they are widely used, classical vibration measurements have several limitations. Vibration analysis can only identify about 60% of the defects that may occur in mechanical systems. However, the main drawbacks of vibration measurements are the difficult access to the transmission system in order to place the sensor as well as the consequent cost of implementation. This results in sensitivity problems relative to the position of the installation and the difficulty to distinguish the source of vibration because of the diversity of mechanical excitations that exist in the industrial environment.Hence, the Motor Current Signatures Analysis (M.C.S.A.) represents a promising alternative to the vibration analysis and has therefore been the subject of increasing attention in recent years. Indeed, the analysis of electrical signatures has the advantage of being a technically accessible method as well as inexpensive and non-intrusive to the system. Techniques based on currents and voltages only require the motor’s electrical measurements which are often already supervised for the purposes of the control and the protection of the electrical machines. This process was mainly used for the detection of motors faults such as rotor bars breakage and eccentricity faults as well as bearings defects. On the other hand, very little research has been focused on gear faults detection using the current analysis. In addition, three-phase electrical signals are characterized by specific geometric representations related to their waveforms and they can serve as different indicators providing additional information. Among these geometric indicators, the Park and Concordia transforms model the electrical components in a two-dimensional coordinate system and any deviation from the original representation indicates the apparition of a malfunction. Moreover, the differential equations of Frenet-Serret represent the trajectory of the signal in a three-dimensional euclidean space and thus indicate any changes in the state of the system. Although they have been previously used for bearing defects, these indicators have not been applied in the detection of gear defects using the analysis of electrical current signatures. Hence, the innovative idea of combining these indicators with signal processing techniques, as well as classification techniques for gears diagnosis using the three-phase motor’s electrical current signatures analysis is established.Hence, in this work, a new approach is proposed for gear faults diagnosis using the motor currents analysis, based on a set of geometric indicators (Park and Concordia transforms as well as the properties of the Frenet-Serret frame). These indicators are part of a specifically built fault signatures library and which also includes the classical indicators used for a wide range of faults. Thus, a proposed estimation algorithm combines experimental measurements of electrical signals with advanced signal processing methods (Empirical Mode Decomposition, ...). Next, it selects the most relevant indicators within the library based on feature selection algorithms (Sequential Backward Selection and Principal Component Analysis). Finally, this selection is combined with non-supervised classification (K-means) for the distinction between the healthy state and faulty states. It was finally validated with a an additional experimental configuration in different cases with gear faults, bearing faults and combined faults with various load levels

Cette thèse est consacrée à la conception d’un jumeau numérique pour système de ventilation industriel dans un contexte de surveillance et de diagnostic. Les mesures d’entrées du modèle sont exclusivement électriques et aucun capteur mécanique n’est utilisé. Les cas particuliers de la vitesse fixe et variable sont étudiés. À vitesse constante, la démodulation des courants électriques est particulièrement étudiée et un algorithme original, basé sur un générateur de signaux orthogonaux est proposé, comparé aux principales méthodes connues, et validé expérimentalement. À vitesse variable, l’approche proposée est basée sur les méthodes d’order tracking sans capteur mécanique dans lesquelles les signaux d’analyse sont échantillonnés en fonction de l’angle mécanique. Dans ce cas, les composantes spectrales deviennent indépendantes de la vitesse de rotation et l’analyse fréquentielle peut être exploitée. Une méthode originale est présentée. Elle est basée sur la définition d’un observateur à partir d’un nombre réduit d’informations sur le moteur considéré. La vitesse estimée est exploitée pour déduire la position mécanique et réaliser le ré-échantillonnage angulaire. Une généralisation de la notion d’order tracking est par ailleurs présentée, permettant de définir des angles de ré-échantillonnages adaptés aux défauts surveillés. Cette méthode est testée sur un banc d’essai du LIAS et sur le procédé de ventilation industriel
This thesis is devoted to the design of a digital twin for industrial ventilation systems in a monitoring and diagnostic context. The input measurements of the model are exclusively electrical and no mechanical sensors are used. The particular cases of fixed and variable speed are studied. At constant speed, the demodulation of electrical currents is particularly studied and an original algorithm, based on an orthogonal signal generator, is proposed, compared to the main known methods, and validated experimentally. At variable speed, the proposed approach is based on order tracking methods without mechanical sensor in which the analysis signals are sampled as a function of the mechanical angle. In this case, the spectral components become independent of the rotation speed and the frequency analysis can be exploited. An original method is presented. It is based on the definition of an observer from a reduced number of information on the considered motor. The estimated speed is used to deduce the mechanical position and to perform the angular resampling. A generalization of the concept of ordertracking is also presented, allowing to define resampling angles adapted to the monitored faults. This method is tested on a LIAS test bench and on the industrial ventilation process

Organic single crystals are of particular fundamental interest as tools in probing the intrinsic electrical properties and the upper limit of performance for a given organic semiconducting molecule devoid of disorder. Rubrene single crystals are of particular interest in the field of organic electronics due to the high levels of charge carrier mobilities measured in transistors constructed of the same. In this thesis, we explore the properties of rubrene single crystal transistors. The photocurrent properties of rubrene single crystals are measured in ‘air-gap' transistors whose unique structure allows the measurement of photocarrier dynamics without the influence of a dielectric that can act as a source for traps. This structure has allowed us to identify phenomenon like persistent photoconductivity associated with the creation of oxygen related traps on the rubrene surface. Transient studies of the photocurrent reveal the presence of bimolecular recombination of the charge carriers. In addition, we have also performed optical spectroscopy studies including Raman spectra measurements which revealed the presence of endoperoxide related signature on the surface of the crystal while also confirming the low levels of intermolecular coupling present between the molecules. We have also explored the extrinsic factors that determine the surface conductivity of the rubrene crystal, particularly the presence of oxide related compounds on the surface of the crystal using XPS and photoluminescence measurements. The impact of photo-oxidation of the rubrene crystal on the surface conductivities were evaluated by a novel experiment involving the gradual photo-oxidation of the rubrene surface using a focussed laser. The creation of a deep acceptor state that can trap electrons indicates that the electrical properties of the rubrene surface like high unipolar p-type II conductivity and photoconductivity may be modulated by the presence of these oxygen induced states.

La compatibilité électromagnétique est un élément primordial qui permet de faire coexister entre eux différents systèmes électrique, électronique, informatique. . . D'ailleurs la commercialisation d'un produit est conditionné au respect de la norme associée. Lorsque les limites imposées sont dépassées le confinement et le filtrage sont des solutions de dernière minute dont dispose l'industriel, avec pour inconvénient un surcoût non négligeable. Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse a été d'aborder le problème de CEM dans les convertisseurs statiques en identifiant les sources (origines) des perturbations. Dans ce but, nous avons analysé les formes temporelles de commutation en vue de construire un outil d'aide à la conception : ASPECT (Analyse à la Source des Perturbations de l'Electronique de CommuTation) permettant d'aborder le plus tôt possible un problème CEM susceptible d'être rencontré au niveau d'un convertisseur. Cet outil est interactif en temps et en fréquence, et il autorise l'étude de commutations différentes: théoriques, expérimentales, simulées. Une technique originale d'analyse de la commutation a permis de séparer l'interdépendance entre le front d'ouverture et le front de fermeture afin de permettre l'étude séparée des éléments d'une cellule élémentaire comme l'interrupteur, la diode, ou la connectique. Nous avons pu constaté combien ASPECT pouvait anticiper et résoudre rapidement un problème de CEM en identifiant l'impact perturbateur d'un-élément donné par rapport à un autre. Des mesures effectuées dans des conditions normatives pour un convertisseur en fonctionnement nous ont permis de retrouver les mêmes tendances que celles produites lors d'un mode de fonctionnement impulsionnel (MONOCOUP)
Moreover increasing switching frequencies of converters induces increases of high frequencies part of parasitic spectrum. As a consequence, that power electronic equipment's EMC performances are very difficult to analyse. Because it is very important to be able to separate influences of switch ON and switch OFF phases on generated frequency spectrum, we have developped a tool : ASPECT (Source's Analyse of Perturbations in Electronic CommuTation), to analyse in time and in frequency, the voltage and the current waveforms of a a very simple converter : the switching cell. The work realized in this thesis treats the problem of CEM in static converter by identifying the source of perturbation : we have analyzed temporal form of commutation. ASPECT is interactive in time and in frequency, and it authorizes the different commutation study's : theoretical, experimental, simulate. We will apply our tool for helping the engineer in his choice of a cell taking electromagnetic disturbances and losses into account

Les installations électriques des navires à passagers et de marchandises ne cessent de se développer avec l'emploi généralisé de la propulsion électrique et l'introduction massive de convertisseurs de puissance. Dans le cas de navires militaires, cette augmentation de la puissance électrique installée ne doit pas compromettre sa " discrétion ", notamment par une signature électromagnétique non contrôlée. Tout en mettant en évidence la circulation de courants ainsi que la présence de tensions en basse fréquence sur le réseau de distribution, l'étude se concentre essentiellement sur les systèmes de propulsion et vise à déterminer les sources de telles perturbations. Une analyse à l'aide de fonctions de commutation permet de mettre en évidence des perturbations basses fréquences dans les différents éléments du système de propulsion. Deux types de convertisseurs sont abordés : commutateurs de courant et onduleurs de tension. Ces montages génèrent des perturbations interharmoniques liées au réseau et à la fréquence de pilotage du moteur de propulsion. Celles-ci sont prévisibles selon les convertisseurs la structure de propulsion (couplages des transformateurs, enroulements statoriques du moteur). Des mesures réalisées à bord de plusieurs navires tout électriques équipés de ces convertisseurs de propulsion valident cette approche. La simulation numérique est utilisée en vue d'avoir un outil de prévision des perturbations des systèmes de propulsion de navires. Toujours par une approche expérimentale, une description des différents courants de fuite provenant d'installations particulières est proposée. La mesure du rayonnement électromagnétique émis par un navire tout électrique de croisière est ensuite présentée et analysée, montrant l'influence des fréquences des sources d'alimentation à bord
Electrical installations aboard passenger and goods vessels keep developing with a more and more frequent use of electric propulsion and the massive introduction of power converters. As far as military ships are concerned the increase of the aboard electrical power must not compromise its 'discretion', especially due to an uncontrolled electromagnetic signature. In enhancing the circulation of currents as well as the presence of voltage in a low frequency range within the distribution network, this study mainly focuses on propulsion systems and aims at finding the sources of such perturbations. A commutation functions based analysis allows to reveal low frequency perturbations in the different parts of the propulsion system. Two kinds of converters are dealt with: current source inverters and voltage source inverters. Both of these drives generate network and propulsion motor driving frequency dependent interharmonic perturbations. These ones are foreseeable according to the kind of converter and to propulsion structure (coupling of the transformers, propulsion motors stator windings). Some measures recorded aboard several all electric ships equipped with this kind of propulsion converters validate this approach. Numeric simulation is used and developed in order to have a tool to predict the perturbations within the propulsion systems and the distribution networks of the electrical ships. Subsequently, in an experimental approach, this work puts forward a description of the different leakage currents coming from several installations. The measure of the electromagnetic signature transmitted by an all electric cruise hip is presented and analysed, showing the influence of the frequencies of the electrical sources onboard

L'objectif de ce travail est d'evaluer les possibilites de prediction d'une defaillance des composants constituant une cellule de commutation par la surveillance de sa signature electromagnetique. Cette demarche decoule de la necessite d'assurer une maintenance predictive des systemes d'electronique de puissance pour reduire les temps de mise hors-fonctionnement dus aux pannes des convertisseurs statiques. Les deux principales sources de defaillance dans les convertisseurs statiques sont les condensateurs et les composants semiconducteurs. Les mecanismes de defaillances du condensateur a films polypropylene metallises et des composants semiconducteurs sont analyses. Leurs consequences sur le fonctionnement du composant sont repertoriees pour permettre la simulation des phenomenes. Le convertisseur statique est modelise pour simuler son comportement electromagnetique. Pour cela, differents modeles sont utilises pour representer les composants actifs, passifs et les elements de cablage. La methode des fils fins est utilisee pour discretiser les conducteurs electriques et rendre compte des phenomenes d'effets de peau et de proximite en hautes frequences. Une validation experimentale des resultats de simulation est effectuee sur differentes technologies de transistors igbt et sur deux types de condensateurs polypropylene. Les transistors ont ete vieillis par des cycles htgb (high temperature gate bias) effectues au cegely - ucb par a. Bouzourene. Les condensateurs ont ete contraints en tension et en temperature avec l'aide d'un partenaire industriel les resultats, encourageants, montrent qu'il est sans doute possible de detecter une possible defaillance d'un transistor igbt ou d'un condensateur polypropylene utilise en decouplage en surveillant le contenu des perturbations electromagnetiques conduites generees par le convertisseur statique.

L'erosion eolienne est le premier facteur responsable de la desertification. Ce phenomene met en suspension dans l'air des aerosols qui ont des consequences negatives sur le bilan terrestre, la sante de l'homme, la visibilite, etc c'est pourquoi de nombreux chercheurs ont etudie ce phenomene afin de connaitre les parametres pertinents influencant le soulevement de ces aerosols eoliens, les processus de mise en suspension et les caracteristiques thermodynamiques associees. L'etude presentee dans ce travail est supportee par trois demarches complementaires. La premiere a consiste a exploiter les resultats obtenus au cours de trois campagnes de mesures realisees au niger en italie et en espagne. En utilisant la methode des correlations turbulentes, on a pu etablir que le soulevement est produit par des tourbillons de plus petite taille que dans le cas du depot. A l'aide d'un appareil de mesure rapide de la charge electrique portee par les aerosols, on a pu observer que les particules de diametre superieur a 1. 4 m portent la majeure partie de la charge. Ce resultat permet de passer de flux de charge en flux de masse. Enfin, en mesurant la granulometrie nous avons identifie les episodes de depot et de soulevement. La deuxieme demarche a consiste a mettre en uvre une campagne de mesure de la granulometrie des aerosols desertiques. Les conditions de mise en suspension locale d'aerosols de brume seche ont ete identifiees par les donnees thermodynamiques associees aux variations des concentrations massiques des aerosols. Les buts de la troisieme demarche sont la mise en uvre d'une parametrisation du flux de soulevement en fonction de la vitesse de friction ainsi qu'une modelisation de la variation temporelle de la concentration massique. Cette modelisation predit l'evolution de la concentration a partir d'equations dependant de la granulometrie, du vent, et des processus d'apport de particules ou d'erosion

Une tumeur libère divers marqueurs dans son environnement. Parmi eux, les cellules tumorales circulantes (CTC) se propagent dans les vaisseaux sanguins puis créant des métastases. Les avantages de la biopsie liquide ont mis en avant la detection des CTCs comme potentiel outil de diagnostic. Cependant, leur hétérogénéité et leur faible concentration nécessite la capacité d’analyser indépendamment chaque cellule d’un échantillon avec une méthode fiable et à haut débit. De plus, pour pouvoir être exploitée dans un contexte médical, cette méthode doit être à la fois pratique dans sa mise en place et fiable en terme de gestion des données. La seule méthode approuvée cible les marqueurs de surface des cellules. Cependant, certaines cellules cancéreuses perdent ces marqueurs lors de leur transition épithéliale /mésenchymateuse. Des méthodes innovantes ciblant de nouveaux biomarqueurs est donc indispensable. Les marqueurs biophysiques apparaissent pertinents car directement reliés à la l’évolution des CTC lors de leur migration . La microfluidique a permis l’introduction d’approches originales d’analyse à haut débit. Cependant, un compromis limitant existe entre le temps nécessaire à l’analyse d’une cellule et la richesse des informations obtenues. La combinaison des caractérisations électriques et mécaniques paraît être la meilleure approche afin d’atteindre un rendement de mesure pertinent et exploitable. La cytométrie d’impédance nous est apparu comme une technologie de base très pertinente afin d’y associer la caractérisation mécanique. Cependant, les méthodes de caractérisations mécaniques les plus utilisées en microfluidique, telle que la cytométrie de déformabilité, présente de fortes limitations expérimentales soit liées à l’obstruction de canaux ou au besoin de traitement massif de données avec l’exploitation d’image associée au très haut débit. Dans ce contexte, ce travail vise une méthode fiable, pratique et à haut débit afin de caractériser les lignées cancéreuses en fonction de leur signature biophysique. Un dispositif combinant MEMS et microfluidique est proposé? où des paires d’électrodes en silicium intégrées dans les parois du canal effectuent de la cytométrie d’impédance tandis que les caractéristiques mécaniques sont obtenues par la mesure de la compression physique des cellules dans un entrefer étroit pourvu d’un capteur de déplacement. Après sa micro fabrication, l’évaluation des performances du dispositif a permis de déduire des conditions optimales de caractérisation électrique et mécanique à haut débit. Les électrodes ont été optimisée pour les dispositifs MEMS à base de silicium, obtenant des mesures indépendantes de la position des cellules grâce à une meilleure isolation électrique. Ce travail a également validé l’extraction de la taille des cellules électriquement, permettant une détection sans optique. En utilisant des signaux électriques bruts, la distribution de la taille des cellules de trois lignées cancéreuses a pu être mesurée. Une séparation plus poussée a été obtenue par l’utilisation de données extraites telles que l’opacité et le contraste d’impédance avec une distinction claire entre les cellules de différentes lignées. À l’aide d’analyse statistique, la distinction entre des cellules cancéreuse du sein et les cellules leucémiques a été réalisée avec un excellent taux de reconnaissance . Pour la caractérisation mécanique, le dispositif a démontré la capacité de mesurer la rigidité d’une cellule en moins de 10 ms. Les mesures mécaniques ont été associées à des mesures électriques pour les lignées SUM159PT et U937 qui montré des caractéristiques électromécaniques différentes. En conséquence, ce travail conclut la faisabilité d’un dispositif permettant une méthode pratique permettant d’extraire et d’analyser plusieurs paramètres biophysiques de cellules individuelles dans un format à haut débit
Tumor releases various elements in its local environment. Among those, circulating tumor cells (CTCs) spread from the primary tumor to the blood vessels, colonizing distant organs and inducing metastasis, responsible for 90% of cancer deaths. With the increasing interest in liquid biopsy for diagnosis, CTC detection in the whole blood became a hot topic. However, their heterogeneity and low concentration are challenges demanding single-cell analysis in a high-throughput way. Therefore, there is a need for a reliable and high throughput method for CTC detection, which should be practical for both handling and data management to use routinely in a medical context. The currently approved method, CellSearch, targets surface epithelial biomarkers. However, many cancer cells lose such biomarkers when experiencing epithelial to mesenchymal transition and acquire invasive capabilities leading to a higher metastatic potential. Consequently, clinical applications would benefit from a more reliable biomarker. As CTCs exhibit exotic physical features acquired to survive during their journey in the vascular system, physical biomarkers appear as promising label-free biomarkers for CTC detection. Fundamental techniques for mechanical single-cell characterization, e.g., AFM, demonstrate sensitive but low-throughput measurements, which prevents their use for practical applications. Therefore, high-throughput alternatives capable of analyzing large cell populations have arisen, such as microfluidics. Nevertheless, there exists a trade-off between the throughput and the information content. Faster methods cannot reach optimal information content although they can provide needed throughput. The information content of high-throughput approaches can be improved by combining electrical and mechanical measurements to attain multiparameter analysis. In this context, a reliable, high throughput, and practical method is proposed to characterize cancer cell lines in real-time according to their biophysical signature. A hybrid microfluidic MEMS device was designed and fabricated to perform impedance cytometry with 3D silicon electrode pairs and mechanical characterization by compressing cells between the sidewall converging into the channel and the tip of the mechanical sensor. Sensitive measurements were sustained by keeping all functional MEMS elements in the air and accessing the channel via air-liquid interfaces. Multiparameter analyses were realized performing simultaneous electrical and mechanical measurements. Response of each cell was monitored, first, electrically at three different frequencies and then mechanically during a compression cycle while flowing along the channel. Specially designed and fabricated electrodes provided a trajectory-free electrical characterization, which was resulted in a reliable differentiation of cell sizes and additional information on membrane conductivity and cytoplasm resistivity. Different statistical analyses were made using measured parameters and parameters defined with them. Cell populations could be distinguished successfully based on these parameters. However, classification at the single-cell level was only possible when artificial intelligence and statistical learning algorithms were implemented. Performed blind tests following a learning session resulted in >99% success in predicting the cell type. To sum up, the proposed method demonstrated a practical, optics-free, cost- and labor-efficient way of analyzing multiple biophysical parameters of single cells in a high-throughput format. This practical method provided improved information on single cells without compromising throughput. Integrating more MEMS elements, e.g., additional actuators for mechanical compression and sorting, can lead to a revolutionary single-cell sorter based on biophysical properties. As an alternative for flow cytometry, it can be used for many clinical applications, e.g., cancer diagnosis as proposed in this study

Face aux enjeux climatiques actuels, le secteur bâtiment est encouragé à réduire sa consommation énergétique tout en préservant le confort des occupants. C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet ANR PRECCISION qui vise au développement d’outils et de méthodes pour la gestion énergétique optimisée des bâtiments qui nécessitent l’utilisation de modèles thermiques dynamiques. Les travaux de thèse, effectués entre le G2Elab et le G-SCOP, se sont focalisés sur les problématiques liées à l’estimation paramétrique de ces modèles. En effet, les incertitudes liées aux phénomènes mal maîtrisés et la nature des modèles rendent le calibrage des paramètres des modèles délicat. Cette procédure complexe n’est à ce jour pas systématisable : les modèles auto-regressifs ont une faible capacité d'extrapolation car leur structure est inadaptée, tandis que les modèles physiques sont non-linéaires par rapport à de nombreux paramètres : les estimations conduisent à des optimums locaux fortement dépendant de l'initialisation. Pour lever ce verrou, plusieurs approches ont été explorées à partir de modèles physiques adaptés pour lesquels des études sur l’identifiabilité ont été menées sur une plateforme expérimentale : PREDIS MHI. Différentes stratégies d'optimisation sont alors proposées visant à déterminer les paramètres qui peuvent être recalés. La première approche repose sur une analyse a priori de la dispersion paramétrique, la seconde repose sur une procédure de méta-optimisation qui détermine dynamiquement, au fur et à mesure d'une séquence d'optimisations, les paramètres à recaler. Les résultats sont analysés et comparés à diverses approches (modèles universels, identification « naïve » de tous les paramètres d’un modèle physique, algorithme génétique, …) à travers différents cas d'application
In order to tackle the actual climate issues, the building field is encouraged to reduce his energetic consumption without changing the occupant’s comfort. In this context, the aim of the ANR PRECCISION project is to develop tools and methods for energetic management of the buildings which needs the use of dynamical thermal models. The PHD works, realise between the G2Elab and the G-SCOP, was focused on models parametric estimation issues. Indeed, uncertainties due to unknown phenomena and the nature of models lead to difficulties for the calibration of the models. Nowadays, this complex procedure is still not automatable: auto-regressive models have a low capacity to extrapolate because of their inadequate structure, whereas the physical models are non-linear regarding many parameters: estimations lead towards local optimums which highly depend on the initial point. In order to eliminate these constraints, several approaches have been explored with physical models adapted for which identifiability studies have been reached on an experimental platform: PREDIS MHI. Different optimisation strategies will be proposed in order to determine the parameters which can be estimated. The first approach uses an analyse a priori of the parametric dispersion, the second one use a meta optimisation which dynamicaly determined as the optimisation sequence, the parameters which can be readjusted. The results are analysed and compared to several approaches (universal models, “simple” identification of all the parameters of a physical model, genetic algorithm …) in different application cases

Dans cette thèse je me suis intéressé au caractère relativiste de matériaux topologiques tridimensionnels : les semi-métaux de Weyl et les isolants topologiques. Après une introduction aux états de surfaces et aux matériaux topologiques, je discute leurs propriétés de covariance sous les rotations trigonométriques et hyperboliques. Ces transformations me permettent de traiter les équations du mouvement d'un électron dans un champ magnétique ou à la surface, sous l'influence d'un champ électrique ou d'une inclinaison de la relation de dispersion. En première partie, je l'illustre dans le cas de la réponse magnéto-optique des semi-métaux de Weyl, en présence d'une inclinaison. Ces calculs sont en lien avec ma collaboration avec les expérimentateurs du LNCMI à Grenoble pour la caractérisation de la structure de bande de Cd₃As₂ où l'on montre que ce matériau est un semi-métal de Kane et non un semi-métal de Dirac dans la gamme de potentiels chimiques expérimentalement accessible. L'autre partie de cette thèse porte sur les états de surface des isolants topologiques où l'on montre qu'il existe des états de surface massifs au-delà de l'état de surface chiral. Ces états semblent avoir été observés par des études en ARPES d'échantillons de Bi₂Se₃ et Bi₂Te₃ oxydés et par des mesures de transport sur HgTe déformé. J'ai ainsi eu l'occasion de travailler avec les expérimentateurs du LPA à Paris sur le comportement des états de surface de HgTe sous forts effets de champ. Je termine par une discussion des états à l'interface entre un semi-métal de Weyl et un isolant dans le cas où le gap de ce dernier est suffisamment petit pour observer l'effet d'un champ magnétique et d'une inclinaison de la relation de dispersion sur les états de surface
During my PhD studies I focused on the relativistic properties of threedimensional topological materials, namely Weyl semimetals and topological insulators. After introducing surface states and topological materials I discuss their covariance in trigonometric and hyperbolic rotations. These transformations help to solve the equations of motion of an electron in a magnetic field or at the surface with an applied electric field or with a tilt in the band dispersion. In a first place, I illustrate these transformations for the magneto-optical response of tilted Weyl semimetals. This work is related to my collaboration with experimentalists at LNCMI, Grenoble for characterizing the band structure of Cd₃As₂ where we show that this material is a Kane semi-metal instead of a Dirac semi-metal in the experimentally accessible range of chemical doping. The other part of this thesis is concerned with the surface states of topological insulators. I show that massive surface states can also exist in addition to the chiral surface state due to band inversion. Such states may have already been observed in ARPES measurement of oxidized Bi₂Se₃ and Bi₂Te₃ and in transport measurement of strained bulk HgTe. I show the work we performed with experimentalists at LPA, Paris on the behavior of HgTe surface states for strong field effects. Finally, I discuss the states at the interface of a Weyl semimetal and a small gap insulator. In this situation, an applied magnetic field or the tilt of the band dispersion can strongly affect the observed surface states

Les HEMT à base du GaN ont déjà démontré leur potentialité pour toutes les applications forte puissance et haute fréquence. Cependant, cette technologie souffre de limitations dues notamment à un mécanisme complexe de piégeage/dépiégeage de charges qui se produit dans le composant et reste encore aujourd’hui mal compris. Ce mécanisme de piégeage limite les performances RF et mais également la fiabilité du transistor. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes issus de ce phénomène à l'aide de plusieurs méthodes de mesures approfondies (Paramètres S en basse fréquence, I-DLTS, densités spectrales de courant de bruit) qui nous ont permis d’extraire la signature des pièges. Grâce à de la simulation TCAD sur le logiciel de simulation Sentaurus, nous avons pu identifier l'emplacement physique de certains pièges dans le composant et comprendre les phénomènes physiques mis-en jeu. Cet apport fournira des informations efficaces pour les améliorations technologiques dans le futur
GaN-based HEMTs have already demonstrated their supreme potential for all high power and high frequency applications. However, this technology suffers from limitations due to complex trapping/de-trapping mechanisms that occurs in the device and that are still not well understood. This trapping mechanism limits the RF performances but also undermines the device reliability. In this work, we have investigated the trapping mechanisms using different advanced measurements techniques (LF S-parameter measurements, I-DLTS, noise current spectral density) to identify the signature of traps.Thanks to SentaurusTCAD simulation, we have identified and understood the physical location of several traps in the device. This contribution would provide an efficient feedback for future technological improvements

L’avènement des aimants permanents et les progrès récents dans l’électronique de puissance ont joué un rôle majeur dans l’évolution de la motorisation électrique des véhicules. Actuellement, les machines synchrones à aimants permanents (MSAP) grâce à leurs performances, et surtout leur efficacité énergétique, sont considérées comme les candidats idéaux pour les chaînes de traction des véhicules hybrides et électriques. Toutefois, en raison du vieillissement des matériaux, des défauts de fabrication ou des conditions de fonctionnement assez sévères, différents types de défauts sont capables de survenir dans les composants de la machine, ses organes de commande ou de mesure. Pour répondre aux exigences de sûreté, de fiabilité et de disponibilité, l’intégration d’une approche de surveillance et de diagnostic de défauts, dans le groupe motopropulseur électrique automobile, devient de plus en plus primordiale. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse est de contribuer au diagnostic et à la caractérisation de défauts dans la MSAP par une analyse vibratoire. En premier temps, des approches analytiques de modélisation de la MSAP et des défauts : de court-circuit inter-spires, d’excentricité et de démagnétisation rotoriques serontproposées. L’intérêt majeur de tels modèles, dans le cadre du diagnostic, est d’étudier le comportement de la machine en présence de défauts étudiés afin d’en déduire les méthodes de détection les plus adaptées. En outre, des modèles numériques seront développés afin de les confronter aux parties magnétique et mécanique analytiques de la machine ainsi qu’au défaut de démagnétisation. Dans la phase d’analyse des impacts de défauts, nous allons nous focaliser sur les cas d’excentricité et de démagnétisation rotoriques. Les indicateurs de défauts seront extraits des représentations du signal vibratoire dans le temps et l’espace et de leurs transformées de Fourier, pour les cas de défauts simples et les cas de deux défauts combinés. Pour les cas simples, deux approches de localisation seront proposées : la première utilise le principe de tests statistiques et de tables de signatures, inspirée des méthodes de diagnostic à base de modèles, alors que la deuxième repose sur un banc de trois réseaux de neurones, où chacun est à une entrée et une sortie et destiné à localiser un type de défaut. Enfin, les performances des deux approches, en termes de robustesse et d’adaptabilité, seront comparées pour les mêmes ensembles de seuillage/d’apprentissage et de test
The advent of new magnetic materials and recent advances in power electronics have played a major role in the progress of hybrid electric vehicles. Nowadays, permanent magnet synchronous machines (PMSM) thanks to their performances, especially their energy efficiency, are considered as ideal candidates for the traction chains of hybrid and electric vehicles. However, due to material aging, manufacturing defects or severe operating conditions, different types of faults are capable to occur in the machine components, its control or measuring devices. In order to ensure safety, reliability and availability, the integration of a fault diagnosis and condition monitoring approach in the automotive electrical powertrain system is becoming more and more important. In this context, the aim of the thesis is to contribute to the diagnosis and characterization of faults in the PMSM based on a vibration analysis. First, analytical modeling approaches for the PMSM and inter-turn short-circuits, eccentricity and rotor demagnetization faults will be proposed. The major interest of such models, in a diagnosis context, is to study the behavior of the machine in the presence of studied faults in order to deduce the most suitable detection methods. In addition, numerical models will be developed in order to validate the analytical magnetic and mechanical parts of the machine as well as the demagnetization fault. In the phase of fault impact analysis, we will focus on the cases of rotor eccentricity and demagnetization. The fault indicators will be extracted from the vibratory signal representations in time and space domains and their Fourier transforms, in the cases of single faults and the cases of two combined faults. For single fault cases, two diagnosis approaches will be proposed: the first uses the principle of statistical tests and fault signature tables, inspired by model-based diagnosis methods, while the second relies on a set of three neural networks, such as each one is with a single input and a single output and dedicated to isolate one type of fault. Finally, the performance of these two approaches, in terms of robustness and adaptability, will be compared for the same training and test sets

Les sulfates de sodium sont admis comme étant les sels les plus destructeurs pour les pierres naturelles et autre matériaux poreux. Les processus de cristallisation de ces sels demeurent encore mal compris, plus particulièrement les relations entre l'heptahydrate (SS7, Na2SO4-7H2O) et la mirabilite (SS10, Na2SO4-10H2O). L'heptahydrate, métastable, a longtemps été négligée dans les travaux scientifiques portant sur l'altération saline jusqu'à récemment, et son rôle dans l'altération des roches n'est toujours pas établi à ce jour. Afin de mieux comprendre le rôle des différentes phases dans l'altération, il est important de pouvoir identifier quelle phase cristallise sous des conditions environnementales spécifiques. La cristallisation du sel se produit le plus souvent dans les matériaux poreux où les processus de cristallisation ne peuvent pas être observés directement in situ. Dans cette étude, nous utilisons le suivi de la température pour détecter et identifier la cristallisation des hydrates au cours de cycles de refroidissement/chauffage d'une solution de sulfate de sodium et de l'échantillon de calcaire saturé de cette même solution. En parallèle, d'autres approches expérimentales consistent à mesurer la réponse électrique et élastique des processus de cristallisation / dissolution se produisant dans le milieu poreux. Ces méthodes permettent d'identifier les différentes transitions de phases se produisant au cours de cycles de température et peuvent être utilisées dans des études expérimentales de vieillissement accéléré, afin d'estimer le rôle respectif des différents hydrates de sulfate de sodium dans l'altération des pierres par les sels
Sodium sulfates are well known to be the most damaging salts in building materials and rocks. The crystallization processes of sodium sulfates are not completely understood, and more specifically the transition between the heptahydrate (SS7, Na2SO4-7H2O) and the mirabilite (SS10, Na2SO4-10H2O). The metastable heptahydrate has long been neglected in scientific works on salt damage until recently, and its role in rock weathering has not been established so far. In order to better understand the role of the different phases in damaging process, it is important to be able to identify which phase crystallizes under specific environmental conditions. Unfortunately, salt crystallization occurs very often within porous material and crystallization processes cannot be observed directly in situ. In this study, we use temperature monitoring to detect and identify the hydrates crystallization during cooling/heating cycles a sodium sulfate solution and limestone samples saturated with the same solution. In parallel, other experimental approaches consist to measure the electrical and elastic responses of the crystallization/dissolution processes occurring in the porous media. These methods enable to characterize the different phases occurring during temperature cycle and can be used in further experimental studies about ageing test in order to estimate the role of the different sodium sulfate hydrates involved in the salt weathering of rocks

L’essor considérable de la RFID s’accompagne actuellement par le développement de nombreuses technologies qui viennent compléter l’offre déjà présente tout en cherchant à répondre à de nouvelles problématiques. La RFID sans puce (ou chipless) en est un exemple ; l’objectif affiché est de réduire considérablement le prix du tag ainsi que d’augmenter significativement la quantité d’information qu’il contient de manière à pouvoir concurrencer le code à barres tout en conservant les bénéfices d’une approche de lecture flexible basée sur une communication par ondes radio. Pour répondre à la problématique de la quantité d’information d’un tag, ce travail de thèse propose une nouvelle méthode de codage basée sur la forme globale du RCS du tag. Pour ce faire, il faut être capable de réaliser des tags dont le RCS est donné, ce qui consiste à résoudre un problème inverse. Une méthode de conception basée sur l’assemblage de motifs résonants est proposée. Les principales caractéristiques de ces éléments de base (amplitude, fréquence, coefficient de qualités) sont contrôlées par des paramètres géométriques
The important growth of RFID goes along with the development of many technologies which complement the current offer by adding new possibilities. The chipless RFID is a perfect example of such technology. The purpose of the approach is to considerably reduce the price of the tag while increasing the data encoding capacity in order to compete with the barcode. The RF link between the tag and the reader also permit a flexible reading. In order to increase the coding capacity of a chipless tag, this PHD work proposes a new coding method based on the overall shape of the electromagnetic signature. To do this, we must be able design tags for which the RCS is given in advance, which amounts to the resolution of an inverse problem. A method based on the decomposition of the RCS on a base of resonators is proposed. The main characteristics of these base elements (amplitude, frequency, quality factor) are controlled by geometric parameters

Ces travaux de thèse portent sur l’identification acoustique de drones en vue du dimensionnement d’une antenne avec peu de microphones (jusqu'à 10) et adaptée aux fréquences émises pour la localisation et le suivi de ces appareils. Des mesures de caractérisation ont mis en évidence la structure harmonique inhérente au signal émis par les systèmes de propulsion des drones. Une étape de filtrage précédant la localisation, adaptée à ce type de signal, est proposée. Elle consiste en une détection de la fréquence fondamentale par l'algorithme HPS (Harmonic Product Spectrum) et d'une série de filtres passe-bande pour conserver les harmoniques utiles du signal. Deux méthodes de localisation sont confrontées au travers de simulations numériques et de mesures expérimentales. La première est la formation de voies appliquée dans le domaine temporel. Usuellement employée pour la localisation angulaire de sources, elle est étendue pour une localisation dans l'espace 3D. La seconde, appelée goniométrie acoustique, estime la position angulaire de la cible comme solution d'un problème inverse. Un filtre de Kalman est ensuite utilisé pour assurer le suivi de la cible. Une campagne de mesures expérimentales a permis d'établir une base de données du déplacement d’un petit drone quadrimoteur pour différentes trajectoires. L'analyse des données a montré qu’un faible nombre d'harmoniques (de 3 à 6) dans le spectre du signal de la source à localiser est suffisant pour estimer la position d'une source sans perte significative en précision relativement à une localisation sans traitement. Le choix de cette stratégie se justifie pour la localisation et le suivi en présence de plusieurs drones
This thesis work focuses on the acoustic identification of drones in order to design an array with few microphones (up to 10) and adapted to the frequencies emitted for localizing and tracking these devices. Characterization measurements have shown the inherent harmonic structure of the signal emitted by the UAV propulsion systems. A filtering step before the localization, adapted to this type of signal, is proposed. It consists of the detection of the fundamental frequency by the HPS (Harmonic Product Spectrum) algorithm and a series of bandpass filters to preserve the useful harmonics of the signal. Two methods of localization are compared through numerical simulations and experimental measurements. The first is beamforming in the time domain. Usually used for angular source localization, it is extended for localization in 3D space. The second, called acoustic goniometry, estimates the angular position of the target as a solution to an inverse problem. A Kalman filter is then used to track the target. An experimental measurement campaign made it possible to establish a database of the displacement of a small four-engine drone for different trajectories. Data analysis showed that a small number of harmonics (3 to 6) in the signal spectrum of the source to be located is sufficient to estimate the position of a source without significant loss in accuracy relative to a location without processing. The choice of this strategy is justified for localization and tracking in the presence of several drones

Ce travail a pour objectif de développer des techniques de surveillance non-invasives sur des machines électriques tournantes de sorte que leurs mises en place soient aisées en environnement industriel. A cet effet, deux méthodes indépendantes sont décrites dans ce mémoire : un diagnostic de défaillances électriques dans des alternateurs connectés au réseau et une étude exploratoire afin d'évaluer la température interne de machines électriques industrielles.La première méthode repose sur l'analyse de deux grandeurs physiques : le champ magnétique rayonné à l'extérieur de la carcasse et les vibrations de la machine tournante. Des modèles mathématiques ont été développés afin de corréler des phénomènes magnétiques et mécaniques qui interviennent dans trois états de la machine : sain et en deux défauts de courts-circuits au stator et au rotor. Ces résultats ont ensuite été validés expérimentalement en laboratoire ainsi que sur des machines de grande puissance en environnement industriel. Un prototype de diagnostic capable de réaliser un examen de défaillance de courts-circuits sur des machines à fort courant a été proposé.Dans un deuxième temps, la méthode d'estimation de la température s'appuie sur des constats relatifs à la variation des caractéristiques des matériaux qui composent un enroulement lorsque la température augmente. Ainsi, la localisation des fréquences de résonances de l'impédance sont impactées. Ce dernier constat a été vérifié expérimentalement.Ce travail de thèse a permis de vérifier la faisabilité des méthodes de diagnostic et de surveillance en ligne dans des machines tournantes avec un minimum d'intrusivité, ceci dans un environnement industriel
This work aims to develop non-invasive monitoring techniques on AC rotating machines so that their implementation is easy in an industrial environment. For this purpose, two independent methods are described: a fault diagnosis in alternators connected to the local power gird and an exploratory study to evaluate the internal temperature of AC rotating machines.The first method relies on the analysis of two physical magnitudes: the stray magnetic field radiated outside from the external frame and the vibrations content of machine structure. Mathematical models have been developed in order to correlate magnetic and mechanical phenomena which occur in three different machine states: healthy and in two winding short-circuit faults both in the stator and in the rotor. These results were then validated experimentally in laboratory as well as on large machines in industrial environment. A first diagnostic prototype is presented capable to be implemented in industrial environment in order to detect short-circuit faults in larges alternators.In a second time, a temperature estimation method is proposed based on observations concerning variations in material characteristics of windings as temperature increases. Thus, the localizations of impedance resonant frequencies are impacted, which was verified experimentally as well.This thesis work allowed to verify diagnostic feasibility and on-line monitoring methods in rotating machines in a non-invasive way in industrial environments

Dans un premier temps, nous avons exploré la reconnaissance des signatures électromagnétiques des familles d'appareils électriques à l'aide d'un apprentissage supervisé et d'une validation croisée. Les résultats obtenus sont peu fiables. L'exactitude de la classification est de 54.5±26.1% pour les familles d'appareils électriques domestiques testés: la bouilloire, la cuisinière (le four traditionnel et les plaques de cuisson), la hotte de la cuisine, la ventilation de la salle de bain, le fer à repasser, le grille-pain, les luminaires de l'ensemble réfrigérateur-congélateur et les luminaires des lampes. Néanmoins, à partir d'un apprentissage non supervisé, les signatures électromagnétiques permettent tout de même de différencier les appareils selon leur type de charge, résistive ou inductive. Dans un second temps, nous avons cherché du côté des profils de puissance. Les fronts détectés sur le profil de puissance peuvent permettre d'identifier l'allumage et l'arrêt des appareils électriques. Par la suite, à l'aide d'un apprentissage supervisé, les différentiels des fronts de puissance sont associés à un appareil électrique. Le système à été validé lors de la réalisation d'un repas au cours duquel une personne à utiliser l'une des plaques de cuisson, le four traditionnel, la ventilation de la salle de bain, le four à micro-ondes et une machine à expresso. Initialement, le taux de vraie reconnaissance est de seulement 58.2%, le taux de non reconnaissance est de 26.5% et le taux de fausse reconnaissance est de 15.3%. En effet, certains appareils ont des consommations électriques similaires. De plus, plusieurs appareils peuvent fonctionner simultanément. Dans un troisième temps, des règles d'inférences statiques et dynamiques ont été mises en place pour améliorer la reconnaissance des appareils électriques. Par exemple: sur quelle(s) ligne(s) électriques(s) un appareil est branché. Le taux de vraie reconnaissance obtenu passe alors à 95.5%, le taux de non reconnaissance passe à 0.3%. Le système de reconnaissance est limité aux appareils électriques ayant une consommation de puissance supérieure à 70 Watts en raison du bruit électrique présent sur l'une des lignes électriques. Malgré les corrections apportées par les règles d'inférence, certains appareils sont difficilement différenciables. Par exemple: le four traditionnel dans la cuisine et le fer à repasser dans la chambre restent très difficiles à reconnaître. Dans un quatrième temps, nous avons cherché à encore améliorer le taux de vraie reconnaissance en incorporant des informations contextuelles non liées au réseau électrique. L'information apportée par les événements sonores permet de localiser spatialement le résident afin de lever certaines ambiguïtés sur la reconnaissance des appareils. Nous avons développé un système de détection et de localisation des événements sonores basé sur la mise en évidence des transitoires du signal sonore. La localisation de la personne à partir de l'environnement sonore à été validé lors de la réalisation des routines du matin par une personne: se lever, s'habiller, faire sa toilette, préparer et manger un petit déjeuner et enfin s'apprêter pour sortir. La fusion des données sonores et électriques n'a pas été implémentée dans le cadre de cette thèse, mais nos travaux montrent qu'il est possible d'obtenir les données sonores et électriques nécessaires pour ce faire. Finalement, des expérimentations intégrant des assistants cognitifs ont été réalisées avec dix personnes non affectées cognitivement. Le scénario consiste à préparer un pâté chinois, prendre un médicament et faire le repassage. Une application d'aide à la cuisine «SemAssist» et une autre de rappel d'activités «Ap@lz» ont aussi été utilisées au cours de l'expérimentation. Ces expérimentations ont permis d'évaluer en conditions réelles le système de supervision de l'environnement électrique basé sur le profil de puissance. Le taux de vraie reconnaissance est de 87.2±5.0%, le taux de non reconnaissance est de 10.5±4.1% et le taux de fausse reconnaissance est de 2.3±2.7%.

Les applications grand public comme la téléphonie mobile ou les cartes bancaires manipulent des données confidentielles. A ce titre, les circuits qui les composent font de plus en plus l'objet d'attaques qui présentent des menaces pour la sécurité des données. Les concepteurs de systèmes sur puce (SoC) doivent donc proposer des solutions sécurisées, tout en limitant le coût et la complexité globale des applications. L’analyse des attaques existantes sur les circuits numériques nous a orienté vers celles se basant sur la tension d'alimentation, dans des nœuds technologiques avancés.Dans un premier temps, nous avons déterminé la signature électrique d’un circuit en phase de conception. Pour cela, un modèle électrique a été proposé, prenant en compte la consommation en courant et la capacité de la grille d'alimentation. L'extraction de ces paramètres ainsi que l'évaluation du modèle sont présentées. L’utilisation de ce modèle a permis de mesurer la vulnérabilité d’un circuit mais aussi d’évaluer quantitativement des contremesures, notamment celle utilisant des capacités de découplage. Ensuite, l’étude se consacre à l’injection de fautes par impulsions de tension d’alimentation. Les mécanismes d’injection de fautes sur des circuits numériques ont été étudiés. Dès lors, des solutions de détection d’attaques ont été proposées et évaluées à la fois en simulation et par des tests électriques sur circuit. Les résultats ont permis de confirmer les analyses théoriques et la méthodologie utilisée.Ce travail a ainsi montré la faisabilité de solutions à bas coût contre les attaques actives et passives en tension, utilisables dans le cadre d’un développement industriel de produits
General use products as mobile phones or smartcards manipulate confidential data. As such, the circuits composing them are more and more prone to physical attacks, which involve a threat for their security. As a result, SoC designers have to develop efficient countermeasures without increasing overall cost and complexity of the final application. The analysis of existing attacks on digital circuits leads to consider power attacks, in advanced technology nodes.First of all, the power signature of a circuit was determined at design time. To do so, an electrical model was suggested based on the current consumption and the overall power grid capacitance. The methodology to extract these parameters, as well as the evaluation of the model are presented. This model allows designers to anticipate information leakage at design time and to quantify the protection of countermeasures, as the use of integrated decoupling capacitors. Then, the study was dedicated to power glitch attacks. The different fault injection mechanisms were analyzed in details. From then on, a set of detection circuits were suggested and evaluated at design time and on silicon by electrical tests. Both the theoretical analysis and the given methodology were confirmed by the test campaigns.This work demonstrated that the design of low-cost solutions against passive and active power attacks can be achieved, and used in a large scale product development

Ce travail de recherche s'intéresse à la commande sans capteur mécanique du moteur synchrone à aimants permanents (MSAP) à pôles saillants, particulièrement en basse vitesse, avec détection de la position initiale du rotor. Après une présentation des techniques et approches qui ont initié nos travaux, en terme d'estimation de la vitesse et/ou de la position, nous avons choisi celles qui présentent plus d'intérêt de point de vue stabilité, robustesse, précision et simplicité d'implémentation. La première approche est basée sur le Système Adaptatif avec Modèle de Référence (MRAS). Quant à la deuxième, elle est réalisée autour d'un observateur non-linéaire pour l'estimation de la position et de la vitesse du MSAP à pôles saillants. Les deux techniques d'observation de la vitesse sont associées à une commande par orientation du flux rotorique avec la technique MLI vectorielle. Pour détecter la position initiale du rotor, nous avons utilisé une nouvelle approche qui permet d'estimer cette position avec une incertitude de 5° mécanique. Cette nouvelle approche est basée sur l'application de signaux tests aux bornes des phases statoriques du MSAP. Des résultats de simulation et expérimentaux sont présentés tout au long de ces travaux pour valider les études théoriques de la commande vectorielle sans capteur mécanique du MSAP. Enfin, nous avons étudié et analysé les performances de la commande tolérante aux défauts sans capteur mécanique du MSAP en présence de défaillances de types transistors à l'état-off. Les résultats expérimentaux obtenus avec les deux approches d'estimation de la vitesse en utilisant l'observateur MRAS et un observateur non linéaire ont permis d'améliorer la fiabilité du système de manière à rendre possible la commande vectorielle sans capteur mécanique en mode dégradé (alimentation avec deux bras de l'onduleur). En effet, les résultats de la commande sans capteur mécanique de la MSAP en mode dégradé montrent que l'observateur non linéaire est le mieux adapté pour ce type de fonctionnement car il présente de faible ondulation du couple et de vitesse. A l'aide d'un banc d'essais que nous avons développé au laboratoire LSIS-pôle Ecole Centrale de Marseille (ECM), nous avons pu valider expérimentalement les différentes approches proposées dans ce travail de recherche. Les résultats obtenus montrent l'efficacité des techniques mises en œuvre pour la commande vectorielle sans capteur mécanique du MSAP à pôle saillant en termes de robustesse, stabilité, précision et rapidité.

Toute machine électrique est source de fuites électromagnétiques externes. Ces champs, de valeurs faibles d'un point de vue électrotechnique classique, peuvent se révéler néfastes pour certaines applications, notamment dans le domaine de la détection. L'objectif de cette thèse est donc la discrétion électromagnétique des machines électriques tournantes. Un banc d'essais et un protocole de mesures ont été mis en place. Ils permettent d'étudier avec précision la signature électromagnétique des machines à différentes distances, ainsi que l'influence de certains paramètres comme la nature des flasques ou la présence du rotor. Les effets d'une excentricité sur le rayonnement ont également été évalués dans une optique de prévention et de maintenance des machines électriques. Des modèles numériques, utilisant les éléments finis, ont ensuite été développés. Le modèle 2D ne convient que pour des études qualitatives, ses hypothèses ne rendant pas suffisamment compte de la réalité. L'intérêt du modèle 3D réside dans sa capacité à représenter correctement les phénomènes physiques à l'extérieur de la machine. Un modèle analytique est également proposé dans ce mémoire. De conception simple, basée sur la représentation par moments dipolaires équivalents, il aide à la compréhension de la signature électromagnétique. Enfin, grâce à ces modèles, des solutions de compensations optimales des fuites par un blindage actif, sont envisagées après une présentation de l'état de l'art des solutions utilisées actuellement.