Thèse Conception et Optimisation Multiphysique d'Un Système de Recharge Inductive Bidirectionnelle 22 Kw à 85 Khz pour Véhicule Électrique avec Adaptation Active d'Impédance. 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 : Mohamed BENSETTI ORCID 0000000247555113 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-10-31T23:59:59 La recharge inductive des véhicules électriques suscite un intérêt croissant en raison de ses avantages d'usage, de sécurité et d'intégration dans les futurs écosystèmes de mobilité électrifiée. L'absence de connecteur exposé, la simplicité du geste utilisateur, la réduction de l'usure mécanique et la compatibilité naturelle avec certaines fonctions avancées, notamment la recharge bidirectionnelle et l'intégration au réseau électrique, en font une technologie particulièrement attractive pour les véhicules particuliers comme pour certaines flottes automatisées. Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans le cadre normatif des systèmes de recharge sans fil pour véhicules électriques, en particulier autour de la bande de fonctionnement à 85 kHz, visée par les standards SAE J2954 et IEC 61980.
Malgré le nombre important des travaux réalisés dans le domaine de la recharge sans contact, plusieurs verrous limitent encore la diffusion de la recharge inductive de forte puissance. Le premier verrou est le maintien d'un haut rendement non seulement à puissance nominale, mais aussi à charge partielle, y compris en mode bidirectionnel. Le deuxième verrou concerne la robustesse aux variations de couplage magnétique, notamment lorsque le véhicule est mal positionné par rapport à l'émetteur au sol, ou lorsque la garde au sol varie. Le troisième verrou porte sur la compacité, le coût, la maîtrise thermique et les contraintes CEM. Enfin, la question de l'interopérabilité entre sous-ensembles sol et véhicule issus de fournisseurs différents demeure centrale pour un déploiement industriel crédible.
Les architectures conventionnelles de recharge inductive reposent généralement sur des réseaux de compensation passifs accordés autour d'un point nominal de fonctionnement. Elles utilisent ensuite un redressement synchrone ou naturel côté véhicule. Cette approche fonctionne de manière satisfaisante dans un voisinage restreint du point de dimensionnement, mais elle montre rapidement ses limites dès que le couplage se dégrade, que la tension batterie varie fortement, ou que l'on cherche à maintenir de bonnes performances sur une large plage de puissance. Dans ces cas, l'impédance effectivement vue par le système résonant s'éloigne de la condition optimale, ce qui dégrade le rendement, augmente la valeur RMS de certains courants et rend plus difficile la maîtrise du comportement global du système de recharge. l'objectif de ce travail de thèse porte sur le développement d'une méthodologie de conception multiphysique pour la recharge inductive bidirectionnelle automobile, intégrant explicitement l'apport d'une adaptation active d'impédance. Les travaux récents montrent que la performance d'un système de transfert inductif dépend étroitement de l'association entre la topologie de compensation, la géométrie des coupleurs, les pertes AC des composants magnétiques, la stratégie de commande et l'environnement d'intégration. Plusieurs topologies sont couramment étudiées : série-série, série-parallèle, LCC, double LCC ou variantes hybrides. Chacune présente des compromis différents en termes de simplicité, de compacité, de sensibilité au désaccord, de capacité bidirectionnelle et de facilité de commande. Dans ce paysage, une approche particulièrement prometteuse consiste à agir non plus seulement sur les éléments passifs, mais aussi sur l'impédance équivalente synthétisée côté récepteur, afin d'adapter dynamiquement le point de fonctionnement du système. La problématique scientifique proposée dans cette thèse porte sur la mise en place d'une méthodologie de modélisation et d'optimisation applicable à des systèmes de recharge inductive bidirectionnelle 22 kW à 85 kHz, compatibles avec les exigences automobiles, maximisant le rendement et la robustesse en conditions réelles grâce à une adaptation active d'impédance côté véhicule tout en maîtrisant les contraintes de coût, d'intégration et de CEM. Pour commencer la thèse, une étude bibliographique sera entreprise afin de bien cerner la problématique de transfert d'énergie sans contact dans le contexte de véhicule électrique. Cette recherche permettra de faire un état de l'art sur les différentes topologies de coupleurs magnétiques, les modes de compensation, les contraintes d'intégration et la problématique CEM. L'étude doit identifier les outils de modélisation et de mesure utilisés. Cette étape est nécessaire pour permettre au doctorant de s'imprégner du sujet de thèse et d'acquérir une hauteur de vue suffisante pour aborder la problématique de manière pertinente et réaliste par la suite.
Le deuxième volet de la thèse consiste à travailler sur le développement d'une approche de modélisation analytique permettant d'étudier les performances du système de transfert en intégrant les paramètres du coupleur magnétique, les réseaux de compensation et de la commande avec la stratégie d'adaptation active d'impédance.. Ce cadre devra permettre d'identifier les conditions d'optimalité du rendement, de la capacité de transfert de puissance et de la robustesse vis-à-vis des variations de couplage et de tension. Le doctorant travaillera par la suite sur les différentes topologies de compensation pour en retenir la plus pertinente. Cette étude conduira à une comparaison rigoureuse de plusieurs topologies (série-série, série-parallèle, LCC, double LCC, variantes hybrides).
L'étape suivante portera sur l'optimisation du coupleur magnétique et son intégration. Le doctorant étudiera différentes géométries de bobines et d'écrans, ainsi que les choix de matériaux et d'intégration. L'objectif sera d'obtenir un bon compromis entre couplage, pertes cuivre et fer, tolérance au désalignement, compacité, masse et limitation des champs parasites.
La phase suivante consistera à mettre en place une démarche d'optimisation multi-objectif. Elle devra permettre une synthèse paramétrique orientée vers plusieurs objectifs simultanés : rendement, robustesse, respect de fenêtres de désalignement, réduction des pertes, réduction des émissions rayonnées et faisabilité industrielle.
La dernière étape de la thèse portera sur la validation expérimentale à travers une maquette expérimentale à échelle réduite, destiné à confronter les modèles aux mesures sur les grandeurs électriques et électromagnétiques.

Candidat titulaire d'un Master 2 dans le domaine du génie électrique ou diplômé d'une école d'ingénieurs avec une spécialisation en génie électrique.
Les candidats devront disposer de solides connaissances en électromagnétisme, en électronique de puissance et en modélisation. Un intérêt marqué pour l'expérimentation et le travail pratique sera également apprécié.

• Électronique de puissance
• Management de l'expérience du client (CEM)