Thèse Montée en Tension et Contrôle d'Un Système de Conversion Électromécanique Fractionné H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris Direction de la thèse : Adrien VOLDOIRE ORCID 0000000264162530 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-05T23:59:59 Ce sujet s'inscrit dans le cadre du concept de fractionnement étendu des chaînes de traction électriques (CTAF), basé sur la modularité et la standardisation afin de répondre à des cahiers des charges variés. En autorisant un fractionnement très fin, jusqu'au niveau d'onduleurs basse tension alimentant des spires individuelles, le concept CTAF ouvre des perspectives d'adaptation optimale entre la machine électrique et son électronique de puissance et de commande, ainsi que d'une intégration renforcée de l'électronique au sein de la machine, avec des bénéfices potentiels en termes de thermique et de compatibilité électromagnétique.
Si l'intérêt du fractionnement est établi pour des applications de moyenne puissance à basse tension, ces dernières restent limitées à des niches industrielles. Or, les tendances actuelles des systèmes de traction, notamment dans l'automobile et l'aéronautique, vont vers des niveaux de tension élevés afin de réduire les courants, les pertes par effet Joule et la dépendance aux matériaux critiques. L'objectif de cette thèse est donc de rendre le concept CTAF compatible avec une alimentation haute tension, tout en conservant ses bénéfices intrinsèques démontrés en fonctionnement à basse tension.
Le travail envisagé aborde deux aspects complémentaires de l'étude de l'architecture de puissance la mieux adaptée au concept CTAF sous la contrainte de l'utilisation de bus d'alimentation DC de tension élevée. La première étape consiste à cartographier les associations de convertisseurs de puissance existants afin de dégager les architectures adaptées à la fonction principale. Dans l'espace ainsi délimité, la discrimination finale viendra des possibilités ou incapacités avérées à assurer les fonctions auxiliaires du variateur de vitesse et ainsi conserver les promesses du concept CTAF dans un contexte réaliste d'utilisation.
La thèse sera soutenue par des expérimentations réalisées sur un banc existant, comprenant une machine fractionnée, sa charge et son système de commande. Le doctorant pourra y développer les aspects étudiés dans le cadre de sa thèse et y conduire des campagnes de validation des résultats obtenus. La part de l'électricité dans le mix énergétique mondial est en constante augmentation, portée par le développement des sources d'énergie renouvelable et des systèmes de conversion électrique performants, flexibles et économiquement compétitifs. La motorisation électrique constitue un domaine d'application majeur de ce vecteur énergétique, grâce aux capacités des machines électriques à délivrer du couple dès la vitesse nulle et à être pilotées avec précision.
Bien que le concept de variateur de vitesse soit largement maîtrisé, de nombreux verrous scientifiques et technologiques subsistent, notamment à l'interface entre la machine électrique et son électronique de puissance. Ces enjeux concernent entre autres l'abandon des terres rares, l'intégration accrue de l'électronique dans la machine, la gestion thermique et la compatibilité électromagnétique, le vieillissement des isolants, le diagnostic et la tolérance aux défauts, ainsi que l'amélioration du rendement, de la compacité et de la durabilité des entraînements électriques.
Dans ce contexte, le projet de thèse se situe au croisement de la machine électrique, de l'électronique de puissance et du contrôle. Il vise à réconcilier des tendances a priori antagonistes : la montée en tension des systèmes pour réduire les pertes et les masses embarquées, la performance des technologies de conversion et des sources d'énergie à basse tension, et le fractionnement des machines électriques, porteur de nouvelles fonctionnalités mais induisant des contraintes sur les niveaux de tension. L'objectif de cette thèse est de tirer parti de la modularité portée par le concept CTAF, tout en l'intégrant dans une structure d'alimentation haute tension, par exemple de l'ordre du kV pour le véhicule électrique routier ou pour l'aviation. Avant d'optimiser sa conception et son fonctionnement, il est nécessaire d'identifier et de documenter les enjeux associés à ce nouvel objectif, ainsi que de comparer une solution d'actionnement classique avec sa version fractionnée. Le but est d'établir les modèles physiques et les outils méthodologiques permettant d'évaluer les avantages et les inconvénients induits par le principe de fractionnement, tout en imposants une tension d'alimentation identique, voire supérieure, à celle des variateurs standards. Les travaux envisagés au cours de cette thèse de doctorat visent à explorer des solutions permettant d'intégrer le concept CTAF, dont le principe favorise les faibles niveaux de tension, au sein d'un variateur de vitesse soumis à des contraintes nécessitant l'emploi de niveaux de tension DC élevés. Selon les approches retenues, il s'agira de de quantifier l'impact sur les critères de performances et de proposer des solutions logicielles, exploitant les degrés de libertés existants, ou matérielles, impliquant le choix des matériaux, de la géométrie des pièces, etc. afin de limiter les pertes de marge induites par les architectures envisagées.
Le travail envisagé aborde deux aspects complémentaires de l'étude de l'architecture de puissance la mieux adaptée au concept CTAF sous la contrainte de l'utilisation de bus d'alimentation DC de tension élevée. La première étape consiste à cartographier les associations de convertisseurs de puissance existants afin de dégager les architectures adaptées à la fonction principale. Dans l'espace ainsi délimité, la discrimination finale viendra des possibilités ou incapacités avérées à assurer les fonctions auxiliaires du variateur de vitesse et ainsi conserver les promesses du concept CTAF dans un contexte réaliste d'utilisation.
La thèse sera soutenue par des expérimentations réalisées sur un banc existant, comprenant une machine fractionnée, sa charge et son système de commande. Le doctorant pourra y développer les aspects étudiés dans le cadre de sa thèse et y conduire des campagnes de validation des résultats obtenus.

Le candidat recherché aura une formation ingénieur ou master dans le domaine de l'EEA. Des compétences sont attendues en Actionneurs Électromécaniques et en Électronique de Puissance. Une forte ouverture d'esprit transdisciplinaire est également attendue.