Thèse Modélisation Multiphysique des Décharges Partielles dans les Systèmes Électriques Complexes 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 : Giacomo GALLI ORCID 0000000254778155 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-05T23:59:59 Les décharges partielles (DP) représentent un mécanisme majeur de vieillissement et de défaillance dans les systèmes d'isolation haute tension, en particulier dans les architectures d'alimentation modernes utilisées en traction électrique, conversion d'énergie et applications aéronautiques. Leur apparition dépend étroitement de la géométrie locale, de la forme d'onde appliquée et des propriétés diélectriques des matériaux, ce qui rend leur prédiction difficile. Ce projet vise à développer une compréhension multiphysique unifiée des mécanismes d'amorçage et de propagation des DP dans des systèmes d'isolation complexes, indépendamment d'une topologie donnée.
L'objectif principal est la création d'un modèle numérique combinant approches circuits, électromagnétiques et électrostatiques, permettant de relier la distribution spatio-temporelle des tensions à la formation de fortes concentrations de champ électrique. Ce cadre s'appuiera sur des outils libres afin d'assurer transparence, reproductibilité et accessibilité. Il sera complété par une modélisation par éléments finis haute résolution destinée à capturer avec précision les frontières diélectrique-électrode, les effets de courbure et la sensibilité aux variations géométriques.
Une analyse paramétrique étendue sera menée afin d'étudier l'influence des rayons de courbure, espacements inter-conducteurs, imperfections locales, ainsi que l'effet des signaux sinusoïdaux, impulsionnels et PWM à fort dV/dt. L'objectif est d'identifier les paramètres critiques, d'établir des critères analytiques/semi-analytiques d'amorçage, et de déterminer les conditions menant à une augmentation de la tension d'initiation (PDIV).
La validation expérimentale constituera une part essentielle du projet. Elle reposera sur la fabrication d'échantillons représentatifs (spires, câbles, structures laminées), sur des mesures des paramètres d'amorçage (PDIV, PDEV) et sur la caractérisation des signatures temporelles de DP sous différentes formes d'onde. Les résultats permettront d'affiner les modèles, de valider les tendances obtenues numériquement et d'améliorer la précision prédictive.
Les résultats attendus incluent :
- l'identification des configurations les plus sensibles à l'apparition des DP ;
- des stratégies de conception permettant de limiter les concentrations de champ ;
- un cadre théorique général applicable à diverses architectures d'isolation ;
- un ensemble d'outils de modélisation et d'analyse réutilisables pour d'autres technologies haute tension.
Ce travail contribuera à l'amélioration de la fiabilité des systèmes d'isolation modernes et à la conception de solutions plus robustes pour les secteurs de la traction électrique, de l'aéronautique et des systèmes d'alimentation avancés.
Les systèmes d'isolation sont aujourd'hui soumis à des contraintes croissantes : augmentation des niveaux de tension, miniaturisation des composants, environnements radiatifs (ex. nucléaire), gradients thermiques importants et utilisation de matériaux innovants.
Dans ce contexte, les décharges partielles jouent un rôle central dans la dégradation des diélectriques, mais leur description reste partielle et fragmentée.
Une approche multiphysique intégrée, combinant modélisation, diagnostics avancés et expérimentation, est nécessaire pour passer d'une vision empirique à une compréhension prédictive fiable.
Développer une compréhension unifiée des mécanismes d'initiation et de propagation des décharges partielles dans les systèmes d'isolation soumis à des conditions extrêmes.
Établir des modèles prédictifs multiphysiques intégrant électromagnétisme, thermique, mécanique et phénomènes de transport.
Concevoir et valider de nouveaux protocoles expérimentaux pour relier mesure physique réel.
Proposer des outils d'aide à la conception pour améliorer la robustesse des isolants dans les systèmes énergétiques avancés.
Modélisation multiphysique : résolution couplée électromagnétique et électrostatique.
Expérimentation :
- mise en oeuvre d'essais HV contrôlés ;
- diagnostics optiques, électriques et spectroscopiques de décharges partielles ;
Traitement des données : extraction multi-sources, reconstruction du champ, identification des mécanismes dominants, rapprochement modèle-expérience.

Le candidat devra posséder une expertise solide en physique des décharges partielles et modélisation multiphysique, ainsi qu'une bonne connaissance des machines électriques, des transformateurs et des systèmes électromagnétiques associés.
Il devra maîtriser l'analyse de circuits électriques, ainsi que la conception, la mise en oeuvre et l'analyse d'essais expérimentaux en environnements électriquement contraints.
La capacité à développer des outils de modélisation unifiés, fiables et reproductibles pour les systèmes d'isolation avancés sera essentielle, ainsi qu'autonomie, rigueur scientifique et aptitude au travail collaboratif.