BELFORT 14 & 15

BELFORT – FRANCE 14 & 15 Décembre 2011

Conférence ÉlectrotechniqueDu Futur

UFC / UFR STGI Département des SciencesFaculté Louis Néel Rue Chantereine - BP 5054790016 BELFORT Cedex

http://www.femto-

Électrotechnique

Département des Sciences

BP 50547 90016 BELFORT Cedex

-st.fr/ef-2011

SOMMAIRE MESSAGE DE BIENVENUE ........................................................................................ 1

INFORMATIONS SUR EF'2011 .................................................................................. 2 Plan et Lieu de la Conférence ..................................................................................................... 2 Thèmes Scientifiques ................................................................................................................... 2 En parallèle… (JCGE'2011, Visite, Diner de Gala) ................................................................... 3 Partenaires .................................................................................................................................. 3

COMITÉS DE EF'2011 ............................................................................................. 4 Comité Scientifique ...................................................................................................................... 4 Comité Local d'Organisation ...................................................................................................... 5 Comité de Pilotage ...................................................................................................................... 5

PROGRAMME TECHNIQUE ....................................................................................... 6 Programme Synthétique .............................................................................................................. 6 Plan du bâtiment (Faculté Louis Néel) ........................................................................................ 7 Introductions................................................................................................................................ 8 Conclusion ................................................................................................................................... 8 Session Plénière 1 ........................................................................................................................ 8 Session Plénière 2 ........................................................................................................................ 9 Session Plénière 3 ........................................................................................................................ 9 Présentations ORALES ................................................................................................................ 9 Présentations POSTERS ............................................................................................................ 24

EXPOSANTS INDUSTRIELS ..................................................................................... 35

INDEX DES AUTEURS ............................................................................................ 37

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MESSAGE DE BIENVENUE

Pour sa septième édition, après Lille (1999), Nancy (2001), Paris (2003), Grenoble (2005), Toulouse (2007), Compiègne (2009), la Conférence Électrotechnique du Futur (EF'2011) se déroulera à Belfort les 14 & 15 Décembre 2011.

Depuis sa création, l’objectif de ce rassemblement est de réunir tous les deux ans la communauté industrielle francophone du Génie Électrique afin de faire le point sur les évolutions les plus récentes de l’électrotechnique.

Ces journées proposent des conférences et des posters mais également la présentation par les industriels de matériels et équipements, ainsi que la visite de sites industriels.

Au-delà des thèmes traditionnellement abordés et constituant le cœur de cette manifestation, chaque édition privilégie un domaine d’application qui montre la richesse thématique de notre discipline et contribue à répondre à de forts enjeux sociétaux. Lors de cette manifestation, le thème particulier de la traction ferroviaire sera développé à partir d’exposés et de conférences invitées. Plus spécifiquement, un éclairage sera porté sur les aspects liés à la chaîne de traction ainsi qu'aux réseaux d'alimentation correspondants. Une sélection des meilleurs papiers sera publiée dans des revues scientifiques.

Le thème de la traction ferroviaire est également porté par l’actualité de Décembre 2011 avec l’ouverture, le 11 décembre, de la Ligne à Grande Vitesse Rhin-Rhône qui met Belfort à 2h15 de Paris et Lyon.

La veille de cette conférence est également organisée à Belfort la Conférence de Jeunes Chercheurs en Génie Électrique (JCGE’2011). Cette conférence permet aux doctorants et jeunes docteurs de présenter leurs travaux de thèse réalisés dans le domaine du Génie Électrique. Ce couplage entre EF et JCGE permet de proposer trois journées riches et d'assurer un brassage entre les générations.

Une fois encore, il est important de savoir conjuguer Électrotechnique au Futur!

Nous souhaitons que les journées des 14 & 15 Décembre 2011 soient enrichissantes tant sur le plan scientifique que humain.

Prof. Christophe ESPANET & Prof. Didier CHAMAGNE, FEMTO-ST, Dépt. ENERGIE Co-responsable de l’organisation d'EF'2011.

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INFORMATIONS SUR EF'2011 • Plan et Lieu de la Conférence :

UFC / UFR STGI Département des Sciences Faculté Louis Néel Rue Chantereine - BP 50547 90016 BELFORT Cedex

• Thèmes Scientifiques : Au cours de la conférence, 80 communications seront présentées au cours de 11 sessions

techniques, de 3 sessions plénières, de 2 expositions permanentes de 31 posters et enfin de 2 sessions spéciales :

o Systèmes pile à combustible (Prof. Daniel HISSEL & Dr. Christophe TURPIN)

o Alimentation en énergie des populations isolées (Prof. Alain MAILFERT & Prof. Bernard MULTON)

Les 3 sessions plénières (soit 5 papiers invités) porteront sur les machines électriques dans la chaîne de traction ferroviaire (Benali BOUALEM, Alstom Transport), sur l'électronique de puissance dans la chaîne de traction ferroviaire (Philippe LADOUX, Laplace), sur la grande vitesse au niveau ferroviaire (Laurent HEYBERGER, Laboratoire RETCIS ), sur les trains à sustentation magnétique ou MAGLEV (Alain CASSAT, EPFL) et enfin sur les superconducteurs ce qui permettra de "fêter" dignement le centième anniversaire de la découverte de la superconductivité (Jean-Luc DUCHATEAU, CEA).

Durant cette conférence, les thèmes scientifiques seront les suivants :

o Les structures et systèmes électromagnétiques : Machines et actionneurs électromécaniques, Transformateurs, Capteurs, Dispositifs électro-actifs, Conception, modélisation et optimisation.

o Les réseaux d'énergie électrique : Lignes aériennes, Câbles enterrés, Appareils de coupure, Relais de protection, FACTS, Contrôle-commande, Optimisation technico-économique, Fonctionnement en environnement concurrentiel.

o La production et le stockage d'énergie : Évolution des filières classique de production (fuel, charbon, nucléaire, gaz,…), Production décentralisée, Énergies renouvelables, Procédés de stockage mécanique, Électrochimique, Magnétique, Hydraulique.

o Les systèmes électrotechniques pour les transports(automobiles, navires, avions, satellites)et propulsion électriques

o Les microsystèmesapplications.

o Les matériauxPropriétés physiques et lois de comportement

o Les grands appareillages de physiquesAccélérateurs de particulesmédicale.

o Les décharges et arcs électriquesLampes à décharge

o Les méthodes et méthodologies en génie électriqueDiagnostic, Commande

• En parallèle… (JCGE'2011, ���� Un cocktail pour la remise des prix JCGE'2011 et l'accueil EF'2011

Décembre en fin de journée à la Faculté Louis Néel lieu de

���� Une visite du site de production d’Alstom Transport à Belfort Décembre 2011 de 14h00~16h00

���� Le dîner de Gala se déroulera, le mercredi 14 Décembre 2011 à partir de 19h00, au musée de l’aventure Peugeot à Sochaux (http://www.museedes personnes inscrites à EF'2011 s'effectuera en bus depuis le lieu de la conférence (i.e., Faculté Louis Néel).

• Partenaires :

Les systèmes électrotechniques pour les transports : (automobiles, navires, avions, satellites), Actionneurs, Gestion de l'énergie

lsion électriques, Véhicules électriques.

Les microsystèmes : Micromachines, Microactionneurs, Microrelais et leurs

Les matériaux : Matériaux ferromagnétiques (frittés, laminés ou composites)Propriétés physiques et lois de comportement, Mise en œuvre et applications

Les grands appareillages de physiques : Génération de champs intensesAccélérateurs de particules, Confinement magnétique, Puissance pulsée

Les décharges et arcs électriques : Production et contrôle des dLampes à décharge.

Les méthodes et méthodologies en génie électrique : ModélisationCommande.

(JCGE'2011, Visite, Diner de Gala) : Un cocktail pour la remise des prix JCGE'2011 et l'accueil EF'2011 est proposé

à la Faculté Louis Néel lieu de la conférence.

Une visite du site de production d’Alstom Transport à Belfort aura lieu le mercredi 14écembre 2011 de 14h00~16h00 ou le jeudi 15 Décembre aux mêmes horaires.

Le dîner de Gala se déroulera, le mercredi 14 Décembre 2011 à partir de 19h00, au musée de http://www.musee-peugeot.com) avec une visite du musée. Le transfert

des personnes inscrites à EF'2011 s'effectuera en bus depuis le lieu de la conférence (i.e., Faculté

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Réseaux de bord Gestion de l'énergie, Traction

Microrelais et leurs

Matériaux ferromagnétiques (frittés, laminés ou composites), Mise en œuvre et applications.

Génération de champs intenses, Puissance pulsée, Imagerie

Production et contrôle des décharges, Plasmas,

Modélisation, Conception,

est proposé le mardi 13

aura lieu le mercredi 14

Le dîner de Gala se déroulera, le mercredi 14 Décembre 2011 à partir de 19h00, au musée de ) avec une visite du musée. Le transfert

des personnes inscrites à EF'2011 s'effectuera en bus depuis le lieu de la conférence (i.e., Faculté

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COMITÉS DE EF'2011 • Comité Scientifique :

M. AMIET - DGA [Paris] H. AUBERT - LAAS [Toulouse] M. BEKEMANS - THALES Aliena Space [Charleroi, Belgique] M. BENBOUZID - LBMS [Brest] J. P. BOEUF - LAPLACE [Toulouse] B. BOUALEM - ALSTOM Transport [Ornans] A. BOUSCAYROL - L2EP/MEGEVH [Lille] P. BROCHET - L2EP [Lille] J. F. BRUDNY - LS2E [Béthune] G. A. CAPOLINO - CREA [Amiens] A. CASSAT - EPFL-LAI [Neuchâtel, Suisse] D. CHAMAGNE (Co-responsable de l'organisation de EF'2011) - FEMTO-ST [Belfort] J. F. CHARPENTIER - IRENAV [Brest] M. McCLELLAND - LEROY-SOMER [Beaucourt] B. DAKYO - GREAH [Le Havre] S. EL-FASSI - SIEMENS [Paris] C. ESPANET (Co-responsable de l'organisation de EF'2011) - FEMTO-ST [Belfort] A. FOGGIA - G2ELAB [Grenoble] G. FRIEDRICH - LEC [Compiègne] M. GABSI - SATIE [Cachan] C. GLAIZE - IES [Montpellier] O. GOSSELIN - SAFRAN [Paris] S. HIBON - ALSTOM Transport [Belfort] N. LABBE - VALEO [L'Isle d'Abeau] F. LABRIQUE - UCL-LEI [Louvain, Belgique] V. LAZAROV - UNIV. DE SOFIA [Sofia, Bulgarie] A. LEBOUC - G2ELAB [Grenoble] J. LEVEQUE - GREEN [Nancy] D. LHOTELLIER - RENAULT [Paris] L. LORON - IREENA [Saint-Nazaire] A. MAILFERT - INPL [Vandoeuvre-Les-Nancy] C. MARCHAND - LGEP [Gif-sur-Yvette] F. MEYBODY-TABAR - GREEN [Nancy] A. MIRAOUI - SET [Belfort] H. MOREL - AMPERE [Lyon] B. MULTON - SATIE [Rennes] B. NOGAREDE - LAPLACE [Toulouse] T. PERA - FAURECIA [Paris] L. PIERRAT - LJK-MS3 [Grenoble] X. ROBOAM - LAPLACE [Toulouse] M. THIOUNN-GUERMEUR - SNCF [Paris] R. TRIGUI - IFSTTAR/MEGEVH [Bron] J. C. VANNIER - SUPELEC [Gif-sur-Yvette] J. P. YONNET - G2ELAB [Grenoble]

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• Comité Local d'Organisation : A. BERTHON D. CHAMAGNE (Co-responsable de l'organisation de EF'2011) I. CHRISTEN (Secrétariat) D. DEPERNET F. DUBAS C. ESPANET (Co-responsable de l'organisation de EF'2011) F. GUSTIN D. HISSEL S. JEMEI J-M. KAUFFMANN F. MILLER (Communication) M-C. PERA (Responsable de l'organisation de JCGE'2011) S. QUARROZ (Communication) B. RICCIO (Secrétariat)

• Comité de Pilotage : G. FRIEDRICH - UTC [Compiègne] (EF'2009) B. NOGAREDE - ENSEEIHT [Toulouse] (EF'2007) J-P. YONNET - INP [Grenoble] (EF'2005) P. BASTARD – Renault [Paris] (EF'2003) A. MAILFERT - INPL [Nancy] (EF'2001) H. SCHOORENS - ENSM [Douai] (EF'1999)

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PROGRAMME TECHNIQUE • Programme Synthétique :

Mercredi 14 Décembre 2011 08h00

08h30 Accueil & café [Rez-de-chaussée] 09h00 Introduction Jour 1 [Grand Amphi.]

Session Plénière 1 [Grand Amphi.]

10h00 10h30 Pause & café [Salle 300]

Session Orale 1a Id13, Id11, Id32, Id78

[Gd Amphi.]

Session Orale 1b Id33, Id55, Id19, Id22

[Amphi. 301]

Session Orale 1c Id82, Id7, Id37, Id29

[Amphi. 302]

12h30

Repas [Salles 102 & 103] 14h00

Session Poster [Salle 300]

Visite Alstom Transport

15h00 15h30 Session Plénière 2 [Grand Amphi.] 16h00 Pause, café [Salle 300]

Session Orale 2a Id61, Id23, Id43, Id76

[Gd Amphi.]

Session Orale 2b Id51, Id62, Id67, Id45

[Amphi. 301]

Session Orale 2c Id15, Id73, Id17, Id35-47

[Amphi. 302]

18h00 18h30

19h00 Transfert en bus au Musée Peugeot

Visite du Musée et cocktail

Diner de gala

[Musée de l'Aventure Peugeot, Sochaux]

23h00 23h30 Retour à Belfort

Jeudi 15 Décembre 2011 08h00

Accueil & café [Rez-de-chaussée] 08h45

Introduction Jour 2 [Grand Amphi.] 09h00

Session Plénière 3 [Grand Amphi.]

10h00

Session Orale 3a Id46, Id9, Id40, Id20

[Gd Amphi]

Session Orale 3b Id88, Id80, Id86 [Amphi. 301]

Session Orale 3c Id83, Id75, Id72 [Amphi. 302]

12h00

Repas [Salles 102 & 103]

13h00

Conseil Scientifique

13h30

Session Poster [Salle 300]

14h30

Session Orale 4a Id66, Id71, Id60 [Amphi. 302]

Session Orale 4b Id90, Id25, Id70 [Amphi. 301]

Session Orale 4c Id24, Id18, Id77 [Gd Amphi.]

16h00

Conclusion [Grand Amphi.] 16h30

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• Plan du bâtiment (Faculté Louis Néel) :

Rez-de-chaussée

1er étage

3ème étage

[Grand Amphi.]

Entrée principale

Accès au 1er étage

Accès au 2ème étage

[Sal

le 1

03]

[Sal

le 1

02]

Accès au 2ème étage

[Salle 300]Présentations POSTERS

[Amphi. 301][Amphi. 302]Présentations ORALES

Conseils Scientifiques

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• Introductions : Mercredi 14 Décembre 2011 de 08h30~09h00 / Grand Amphi. Président : Prof. C. ESPANET, UFC

o Intervention de C. ESPANET, Prof. à l'UFC & Coorganisateur de EF'2011

o Intervention de J-M. KAUFFMANN , Président d'honneur de EF'2011

o Intervention de D. CHAMANGE , Prof. à l'UFC, Directeur de l'URF STGI & Coorganisateur de EF'2011

o Intervention de V. LECAT , Ingénieur & Directeur du site de Belfort d'Alstom Transport

Jeudi 15 Décembre 2011 de 08h45~09h00 / Grand Amphi. Président : Prof. C. ESPANET, UFC

o Intervention de E. BUTZBACH , Maire de Belfort

• Conclusion : Jeudi 15 Décembre 2011 de 16h00~16h30 / Grand Amphi. Président : Prof. D. CHAMAGNE, UFC

o Intervention de J-P. CHEVÈNEMENT , Sénateur de Belfort

o Intervention de C. ESPANET, Prof. à l'UFC & Coorganisateur de EF'2011

• Session Plénière 1 :

Mercredi 14 Décembre 2011 de 09h00~10h00 / Grand Amphi. Président : Prof. J-M. KAUFFMAN, UFC

o Problématiques électrotechniques en traction ferroviaire : de la locomotive à la motorisation.

Benali BOUALEM, Samuel HIBON Astom Transport, Belfort et Ornans, France

o Le concept d'impédance contrôlée par découpage pour la compensation de

puissance réactive et de déséquilibre sur les lignes ferroviaires 25 kV/50 Hz.

Philippe LADOUX 1, Yvon CHERON 1, Hervé CARON 2

1 Université de Toulouse, INPT, UPS, CNRS, LAPLACE, France 2 Société Nationale des Chemins de fer Français (SNCF) - Direction de l'Ingénierie

Résumé : Aujourd'hui, la compensation statique de la puissance réactive est largement utilisée dans les réseaux de transport d'énergie électrique. La solution basée sur des réactances contrôlées par thyristors est progressivement remplacée par des onduleurs de tension MLI. La première solution est assez simple, mais nécessite des filtres shunt encombrants alors que la deuxième solution présente des pertes dans les semi-conducteurs supérieures et nécessite un système de refroidissement significatif. Dans cet article, les auteurs présentent de nouvelles topologies qui constituent un bon compromis par rapport aux solutions classiques. Des gradateurs MLI sont utilisés pour réaliser des impédances contrôlées (capacitive ou inductive) à la fréquence fondamentale et donc ajuster le niveau de puissance réactive. Ce concept est utilisé pour la compensation de puissance réactive et de déséquilibre pour les lignes ferroviaires 25 kV/50 Hz. Des résultats expérimentaux obtenus pour un prototype de 1,2 MVAR démontrent la faisabilité de ces nouvelles topologies.

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• Session Plénière 2 : Mercredi 14 Décembre 2011 de 15h00~15h30 / Grand Amphi. Président : Prof. A. MAILFERT, INPL de Nancy

o La grande vitesse ferroviaire de la vapeur au TGV : le revers de la médaille, ou l’histoire d’une méfiance populaire.

Laurent HEYBERGER Laboratoire RETCIS, UTBM, Belfort, France

• Session Plénière 3 :

Jeudi 15 Décembre 2011 de 09h00~10h00 / Grand Amphi. Président : Prof. M-C. PERA, UFC

o 100 ans de supraconductivité et 50 ans de supraconductivité appliquée.

Jean-Luc DUCHATEAU CEA, IRFCM, Cadarache, France

o MAGLEV – Worldwide Status and Technical Review.

Alain CASSAT BCD Engineering, Lausanne, Suisse

• Présentations ORALES : Session Orale 1a "Dispositifs électromagnétiques et actionneurs spéciaux" Mercredi 14 Décembre 2011 de 10h30~12h30 / Grand Amphi. Président : Dr. B. DEHEZ, Université Catholique de Louvain

o Id13 : Détermination de la caractéristique E(J, B) d’un ruban supraconducteur, à partir de mesures sur une bobine, et d’un champ magnétique appliqué par des aimants permanents.

Julien LECLERC, Kévin BERGER, Bruno DOUINE, Jean LÉVÊQUE GREEN, Université Henri Poincaré Nancy 1, France

Résumé : Nous proposons une méthode originale de caractérisation des rubans supraconducteurs à partir de mesures électriques sur une bobine. Le principe est de mesurer la caractéristique tension-courant du solénoïde pour différentes inductions magnétiques extérieures appliquées. Un algorithme permet ensuite de trouver les paramètres d’un modèle de la loi E(J, B) du supraconducteur qui approximent au mieux les courbes expérimentales. Cette méthode possède de nombreux avantages par rapport aux mesures classiques par courant de transport. Par exemple, les tensions sont plus faciles à mesurer. Ce procédé a été utilisé pour caractériser un ruban BiSCCO, refroidi à l’azote liquide, en utilisant des aimants permanents comme source d’induction magnétique extérieure. Les paramètres de plusieurs modèles ont ainsi pu être obtenus et comparés.

o Id11 : Actionneurs proportionnels linéaires vibrants pour application aux rasoirs

électriques.

Guillaume LOUSSERT, Michaël DELBAERE, Richard ARLOT Moving Magnet Technologies

Résumé : En tant que spécialiste dans le développement innovant de machines électromagnétiques comme des actionneurs à course limitée, des capteurs de position et des moteurs sans balai, Moving Magnet Technologies est impliqué depuis plusieurs années, entre autres choses, dans le domaine des rasoirs et tondeuses électriques. L’utilisation d’actionneurs linéaires proportionnels pour ces petits appareils portables

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est une façon efficace de les piloter avec un haut degré de compacité. Ce papier montre le dimensionnement mécanique et magnétique ainsi que l’étude dynamique et thermique de deux actionneurs proportionnels. Il met en évidence l’importance du choix d’une structure en fonction de l’encombrement disponible en prenant en compte la puissance électrique limitée de l’application et les limites thermiques.

o Id32 : Perfectionnement de moteurs piézoélectriques inertiels : bénéfices de

l’amplification des actionneurs.

Christian BELLY 1, Willy CHARON 2

1 Cedrat Technologies, M3M UTBM, France 2 M3M, UTBM, France

Résumé : La technologie des moteurs inertiels est largement utilisée dans le positionnement haute précision, comme la microscopie à effet tunnel ou encore l’optique de laboratoire. Les limitations rencontrées par cette technologie d’actionnement portent sur des vitesses limitées (quelques mm/s), ainsi que sur des appels de courant importants, limitant les potentialités dans les applications embarquées. Afin de dépasser ces limites, les travaux présentés ici proposent d’utiliser des actionneurs piézoélectriques amplifiés APA® dans un moteur piézoélectrique inertiel. L’intérêt de cette innovation est justifié de manière analytique puis expérimentale sur trois prototypes. Par la suite, la mise en oeuvre dans la conception d’un micromoteur piézoélectrique, compatible aux forts champs magnétiques rencontrés dans un scanner d’Imagerie par Résonnance Magnétique (IRM) est présentée. Finalement, les perspectives d’utilisation de ce type de moteurs sont présentées, depuis le micro jusqu’au macro-moteur et ses possibles applications particulières, comme le thermique-vide ou le spatial.

o Id78 : Conception d’une machine électrique pour un système de refroidissement

magnétocalorique intégré.

Christophe KIEFFER 1-2, Frédéric GUSTIN 1, Stefan GIURGEA 3, Christophe ESPANET 1, Michel ROZE 2

1 UFC, FEMTO-ST, France 2 Phénix-International, Gray, France 3 UTBM, Belfort, France

Résumé : L’effet magnétocalorique, et plus particulièrement son application à la production de froid à température ambiante, reste encore méconnu. La réfrigération magnétique offre pourtant une bonne efficacité énergétique. Dans ce contexte, cet article traite du dimensionnement et de la réalisation d’un démonstrateur de réfrigérateur magnétique. Ce dispositif a pour particularité de se présenter sous la forme d’une machine synchrone à aimants à double entrefer intégrant un régénérateur magnétocalorique dans l’un de ses entrefers.

Session Orale 1b "Réseaux électriques de distribution et réseaux embarqués" Mercredi 14 Décembre 2011 de 10h30~12h30 / Amphi. 301 Président : Prof. B. DAKYO, Université du Havre

o Id33 : Approximation de la répartition de charges probabiliste analytique du réseau de distribution en présence de production décentralisée.

Wendy Carolina BRICENO VICENTE 1, Raphael CAIRE 2, Nouredine HADJSAID 3

G2ELAB, UMR 5529 INPG/UJF-CNRS, Saint Martin d'Hères, France

Résumé : Les opérateurs de réseaux électriques prévoient une intégration à large échelle des énergies conventionnelles et de nouvelles sources d’énergie renouvelable. Pour ces dernières, il faut anticiper leur impact sur le réseau en tenant compte du caractère intermittent et incertain de la puissance produite. En conséquence, il faudra considérer l’incertitude dans les calculs de base, comme la répartition de charges, pour évaluer l’état du réseau. Les méthodes classiques déterministes sont remplacées

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par une méthode probabiliste, qui inclut les variations de la charge et de la production, en particulier des énergies renouvelables hautement imprévisibles. Différents modèles des variables du réseau de distribution en présence de productions décentralisées ont été appliqués et comparés, en utilisant deux méthodes de résolution : Monte Carlo et méthode analytique, pour évaluer le plan de tension du réseau de distribution dans un environnement incertain.

o Id55 : Commande vectorielle en courant assurant une compensation du réactif

dans un système photovoltaïque connecté au réseau

Riad KADRI, Jean-Paul GAUBERT, Gérard CHAMPENOIS Laboratoire AII-ENSIP, Université de Poitiers, France

Résumé : Ce travail décrit l’ajout d’une fonctionnalité supplémentaire dans un système photovoltaïque connecté au réseau de distribution grâce à une commande vectorielle en courant de l’onduleur. En effet, dès lors que la tension du bus continu est régulée, la puissance disponible en sortie des panneaux photovoltaïques est associée à la composante id d’une part et d’autre part il est possible de compenser la puissance réactive du réseau au travers le pilotage de la composante iq. Ce principe nous amène donc à une compensation de l’énergie réactive sur le réseau de distribution électrique en fonction des besoins. Des résultats de simulation et expérimentaux confirment la pertinence de l’approche et l’efficacité du système.

o Id19 : Commande d’une Micro-centrale Hydraulique à Vitesse Variable

Connectée au Réseau

Lakhdar BELHADJI, Seddik BACHA, Daniel ROYE G2ELAB, UMR 5529 INPG/UJF-CNRS, Saint Martin d'Hères, France

Résumé : Dans cet article on propose un schéma d’une microcentrale hydraulique à vitesse variable connectée au réseau basé sur une micro turbine à flux axial (Semi-Kaplan) couplée à une génératrice synchrone à aimants permanents (MCHGSAP); Deux onduleurs de tension à deux niveaux en tête-bêche assurent l'interface entre le générateur et le réseau. L'idée principale, est de montrer la faisabilité et l'intérêt du fonctionnement à vitesse variable du système considéré. La méthodologie du travail présenté est similaire à celle utilisée pour les générateurs éoliens et hydroliens. Un algorithme MPPT (Perturb&Observe) est utilisé pour contrôler la MCH-GSAP pour optimiser le rendement d'exploitation et trouver la vitesse de rotation optimale. Des régulateurs PI classiques et résonnants sont utilisés pour le contrôle des convertisseurs d'interface d’électronique de puissance et la tension du bus continu. Le système proposé de MCH-GSAP a été simulé sous Matlab Simulink et les résultats obtenus montrent l'intérêt de la vitesse variable pour les microcentrales hydroélectriques.

o Id22 : Étude de l’influence de l’association de batterie au plomb et de

supercondensateurs sur l’autonomie d’une benne à ordures ménagères

Stéphane BUTTERBACH 1, Bogdan VULTURESCU 1, Christophe FORGEZ 2, Gerard COQUERY 1 1 IFSTTAR – LTN, Versaille, France 2 UTC – LEC, Compiègne, France

Résumé : L’étude d’une benne à ordures ménagères (BOM) bi-mode (mode thermique et mode 100% électrique) par le biais de VEHLIB permet de dimensionner entièrement le véhicule. Un modèle détaillé de la batterie au plomb est présenté dans cet article, ce modèle tient compte des dynamiques électriques de la batterie au plomb mais aussi des limitations en recharge. Ce modèle permet d’affiner les résultats sur la consommation en énergie du véhicule et sur les variations en tension aux bornes de la batterie.

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Session Orale 1c "Diagnostic et systèmes tolérants" Mercredi 14 Décembre 2011 de 10h30~12h30 / Amphi. 302 Président : Prof. D. CHAMAGNE, UFC

o Id82 : Approche préliminaire de la défaillance et des contraintes critiques associées d’une cellule d’onduleur 6 bras dans une chaîne de traction pour véhicule électrique Abdelfatah KOLLI 1, Alexandre DE BERNARDINIS 1, Olivier BÉTHOUX 2, Richard LALLEMAND 1, Gérard COQUERY 1, Éric LABOURÉ 2 1 IFSTTAR-LTN Versailles Satory 2 LGEP CNRS Gif-sur-Yvette

Résumé : La volonté de produire à grande échelle des véhicules tout électriques exige d’embarquer des solutions performantes du point de vue économique et technologique notamment en termes de fiabilité et de tolérance aux pannes. Dans le but de satisfaire ces exigences, il est nécessaire d’examiner tout risque de dysfonctionnement des éléments qui composent la chaîne de traction électrique. Au sein d’une telle chaîne électrique, les défauts les plus sévères proviennent du convertisseur de puissance et de la machine de traction. Dans ce document, nous proposons de donner une première synthèse des modes de défaillance liés à un ensemble convertisseur en pont en H et machine synchrone à aimants permanents (MSAP). Une analyse de la criticité et des effets de chaque défaut sur le système est exposée. Nous présentons également les résultats des simulations et des séries de tests effectués sur des modules de puissance (IGBT) de dernière génération destinés à des applications véhicule électrique (VE).

o Id7 : Étude Comparative des Techniques de Traitement du Signal Non-

Stationnaires Dédiées au Diagnostic des Génératrices Asynchrones dans les Eoliennes Offshores et les Hydroliennes El Houssin EL BOUCHKHI 1, Vincent CHOQUEUSE 1, Mohamed BENBOUZID 1, Jean Frédéric CHARPENTIER 2

1 Université de Brest, EA 4325 LBMS 2 Ecole Navale de Brest

Résumé : L’amélioration de la disponibilité et de la fiabilité des éoliennes offshores et des systèmes de récupération de l’énergie des courants marins implique la nécessité de minimiser et de prévoir les opérations de maintenance. En fonctionnement à vitesse variable ou en régime transitoire, des techniques de traitement du signal avancées sont requises pour réaliser la détection et le diagnostic des défaillances à partir des courants statoriques. Dans ce contexte, plusieurs études récentes ont proposées l’utilisation de techniques temps-fréquence et temps-échelle pour le diagnostic. Les techniques les plus utilisées sont : Le spectrogramme, la transformée en ondelettes, la représentation de Wigner-Ville et la transformée de Hilbert-Huang. Cet article propose alors une étude comparative et une analyse de ces techniques pour la détection des défauts qui surviennent dans une génératrice asynchrone connectée à un réseau triphasé fonctionnant en régime nominal.

o Id37 : Étude analytique du courant inverse de la machine asynchrone dédiée au

diagnostic de défaut statorique Gérard CHAMPENOIS 1, Monia BOUZID 2

1 LAII- ENSIP, Université de Poitiers, France 2 LSE-ENIT, Université El Manar, Tunisia

Résumé : Ce papier présente de nouvelles expressions analytiques de la composante inverse du courant statorique en présence de défaut de court-circuit entre spires d’une même phase statorique du moteur asynchrone connecté en étoile. Une étude du comportement de la composante inverse du courant est aussi décrite afin de montrer que l’amplitude et la phase de la composante inverse du courant statorique présentent des caractéristiques potentielles qui permettent de localiser d’une manière significative et discriminante la phase en défaut. Une vérification expérimentale et par

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calcul est présentée pour valider le comportement de la composante inverse du courant en présence de défaut.

o Id29 : Commande modulaire à tolérance de panne d’un actionneur synchrone à

aimants permanents Laetitia DE VIRON 1, Sergiu IVANOV 2, François BAUDART 1, Francis LABRIQUE 1 1 École polytechnique de Louvain, Université catholique de Louvain 2 Faculté d’électromécanique, Université de Craiova

Résumé : La présente communication propose une stratégie de commande modulaire d’un actionneur synchrone à aimants permanent à enroulements concentrés sans recouvrement. Cette stratégie rend le système tolérant à la perte d’alimentation d’une phase et offre une grande simplicité en termes de détection d’une panne et de reconfiguration de la commande en cas de panne. La stratégie proposée est validée expérimentalement sur un prototype de laboratoire.

Session Orale 2a "Méthodes et méthodologies en génie électrique" Mercredi 14 Décembre 2011 de 16h00~18h00 / Grand Amphi. Président : Dr. X. ROBOAM, Université de Toulouse

o Id61 : Optimisation systémique d'un système de stockage embarqué à bord d'un tramway Martin CANTEGREL 1-2, Stéphane BRISSET 2, Frédéric GILLON 2, Alexandru BERBECEA 2

1 Alstom Transport 2 Ecole Centrale de Lille

Résumé : Cette étude vise à trouver le dimensionnement optimal des composants d'un système de stockage embarqué, dans le but de réduire la consommation du tramway. Des modèles de dimensionnement des éléments de la chaîne de conversion de l'énergie ont été construits. Un modèle de simulation a été construit pour valider et apprécier les solutions proposées. Un premier point original concerne la méthode de résolution du problème d'optimisation avec la stratégie de Target Cascading. Une autre originalité concerne le management de l'énergie du système de stockage avec la détermination d'une stratégie optimale par la résolution d'un problème linéaire.

o Id23 : Conception Intégrée par Optimisation Multicritère d’un système

d’actionnement électrique pour l’aéronautique André DE ANDRADE 1,Bruno SARENI 1, Xavier ROBOAM 1, Mathieu COUDERC 2, Rélis RUELLAND -2

1 Université de Toulouse INPT, UPS, LAPLACE 2 LIEBHERR-Toulouse Aerospace SAS

Résumé : Le développement des systèmes embarqués, suivant la tendance vers l’avion plus électrique (More Electric Aircraft), présente de nouveaux défis technologiques parmi lesquels se trouvent l’électrification de certaines ‘grosses charges’ telles que les compresseurs de conditionnement d’air ECS (Environmental Conditioning Systems). Un modèle de dimensionnement de la chaîne de conversion électromécanique (filtre d’entrée / onduleur / moteur / mission de vol) a été développé et adapté à la haute vitesse. Le tout est associé à un algorithme génétique d’optimisation bi-critères visant à minimiser la masse embarquée et les pertes systèmes, en respectant la qualité réseau du courant absorbé, sous un ensemble de contraintes.

o Id43 : Une approche de dimensionnement sur cycle de vie pour l’analyse du

potentiel de la distribution en courant continu dans le bâtiment Cédric JAOUEN 1-2, Bernard MULTON 2, Franck BARRUEL 1

1 CEA-INES 2 SATIE, ENS Cachan Bretagne, CNRS, UEB

Résumé : Le nouveau contexte énergétique au sein du bâtiment (apparition des

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systèmes PV en toiture et des véhicules électriques) pose à nouveau la question de la distribution en continu au sein des bâtiments. Dans un contexte où l’énergie et les impacts environnementaux prennent chaque jour plus d’importance, la quantification des performances d’un tel système selon sa seule phase d’usage (pertes énergétiques) ne répond pas complètement à la question de l’impact global des usages. Dans cette optique nous proposons d’éco-dimensionner les composants constituant ce système sur la base d’une minimisation de l’énergie primaire qu’ils consomment pendant tout le cycle de vie (pertes + énergie grise), l’un des objectifs étant d’évaluer le niveau de tension optimale pour ce réseau de distribution en courant continu. Cet article présente les modèles élaborés pour les éléments de puissance pour déterminer les pertes et l’énergie grise, ensuite des résultats d’optimisation sont présentés.

o Id76 : Modèle macroscopique d’entrainement électrique déduit d’un prototype

virtuel Alain BOUSCAYROL 1, Christophe ESPANET 2, Rochdi TRIGUI 3

1 L2EP, Université Lille1, MEGEVH 2 FEMTO-ST, Unversité de Franche Comté, MEGEVH 3 LTE, IFSTTAR, MEGEVH

Résumé : Cet article propose une méthodologie permettant de déduire un modèle macroscopique énergétique statique ou quasi-statique d’un ensemble machine convertisseur, à partir d’un prototype virtuel de la machine électrique. La machine électrique est modélisée par éléments finis et les essais classiquement réalisés sur un prototype réel pour déterminer les paramètres équivalents d’un modèle de Park sont menés sur le modèle numérique. Le modèle de Park sert alors de base à une description REM du système. La description REM permet de déterminer les paramètres de la commande du système et le système complet (chaine directe et régulation) est utilisée pour interpoler un modèle statique représentant le comportement énergétique de ce dernier. Cette approche permet de ne pas avoir à recourir à la construction de la machine électrique pour obtenir un modèle rapide permettant l’optimisation énergétique du dispositif. C’est un gain à la fois en termes de performances mais aussi en terme économique (temps du cycle de conception et nombre de prototypes réduits).

Session Orale 2b "Matériaux pour le génie électrique et applications" Mercredi 14 Décembre 2011 de 16h00~18h00 / Amphi. 301 Président : Dr. A. LEBOUC, Université de Grenoble

o Id51 : Accroissement des performances énergétiques et vibratoires des machines AC par la définition de nouvelles structures de circuits magnétiques

Lucian PETREA 1, Christian DEMIAN 1, Jean Francois BRUDNY 1, Thierry BELGRAND 2

1 Université d'Artois, LSEE, F-62400 Bethune, France 2 ThyssenKrupp Electrical Steel, F-62330 Isbergues, France

Résumé : Cet article concerne l’accroissement des performances énergétiques et vibratoires des machines AC. La technique mise en oeuvre porte sur une nouvelle définition du circuit magnétique statorique réalisé à partir de tôles à grains orientés non segmentées. L’originalité consiste, lors de l’assemblage du circuit magnétique, à décaler la direction de laminage d’une tôle par rapport à la précédente. Les performances mesurées des machines ainsi réalisées laissent entrevoir un champ d’application assez vaste, notamment dans le domaine du transport.

o Id62 : Caractérisation d'aciers électriques pour machines électriques soumises à

de hauts niveaux de contrainte mécanique

Dennis VAN HOECKE 1, Sigrid JACOBS 2, Bastien WEBER 3, Emmanuel ATTRAZIC 4 1 ArcelorMittal Global R&D Ghent

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2 ArcelorMittal Global R&D 3 ArcelorMittal Global R&D Maizières-les-Metz 4 Arcelor Mittal, St Chély d’Apcher

Résumé : ArcelorMittal est un fournisseur majeur d'aciers électriques destinés à des applications exigeantes comme les machines de traction automobile à haute densité de puissance et les machines à induction à grande vitesse. La demande du marché pousse les producteurs de machines électriques à faire tourner leurs rotors à des vitesses variables et très élevées afin d'améliorer la densité de puissance ou la réponse dynamique aux besoins de puissance instantanés. Les règles de conception mécanique et thermique doivent être de plus en plus affinées pour atteindre un potentiel mécanique maximal. Ceci se traduit par la nécessité de prévoir les propriétés magnétiques et les caractéristiques mécaniques des machines, non seulement à température ambiante mais aussi des températures en service plus élevées. De plus certaines parties spécifiques des rotors sont soumises à des contraintes variables susceptibles d’induire de l’endommagement par fatigue. Il est donc primordial d’intégrer l’ensemble des contraintes mécaniques. Cet article expose les méthodes mises en oeuvre chez ArcelorMittal pour nos aciers électriques haut de gamme en termes de caractérisations mécaniques avancées répondant aux besoins.

o Id67 : Définition d’un indicateur de vieillissement des câbles de puissance utilisés

en aéronautique

Serghei SAVIN, Sonia AIT-AMAR, Daniel ROGER LSEE - Université d'Artois

Résumé : Cette étude met en évidence que l’augmentation de la capacité entre les conducteurs d’un câble est corrélée au vieillissement de son isolation électrique. Les essais ont été effectués sur des échantillons d’un câble trifilaire blindé utilisé en aéronautique, dotés d’une isolation en Polyimide et Polytétrafluoroéthylène (PTFE). Le protocole des essais de vieillissement thermique est basé sur les normes EN 2267-009 et EN FR 3475-401. La mesure de la capacité entre différents fils du câble a été faite avec un analyseur d’impédance de précision. Les résultats montrent que la capacité augmente en fonction des cycles de vieillissement thermique du câble.

o Id45 : Matériaux d’isolations haute température pour alternateur de puissance :

dégradations, décharges partielles et qualifications sous vieillissement thermique

Vincent BOUCHER 1, Pascal RAIN 1, Pierre SCHLUPP 2, André PETIT 3, Michel THIERY 3

1 G2Elab 2 EdF– R&D 3 ALSTOM POWER

Résumé : L’isolation des barres de cuivre des alternateurs de puissance est assurée par un matériau composite époxyde/tissu de verre/papier de mica. Un dispositif original permettant de réaliser des vieillissements artificiels sous pression d’oxygène et température contrôlée a été développé pour évaluer le vieillissement de nouveaux isolants. Deux nouveaux matériaux ont été évalués en comparaison avec un matériau de référence à partir des évolutions de leurs masses. L’utilisation de plusieurs géométries d’échantillon a permis de distinguer les vitesses de dégradation selon les orientations parallèles et perpendiculaires aux plans tissus de verre/mica. Les modèles proposés permettent d’évaluer des durées de vie pour les trois matériaux étudiés dans le contexte d’utilisation industriel et selon les critères normalisés, aussi bien sous pression d’oxygène qu’à pression atmosphérique.

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Session Orale 2c "Modélisations en génie électrique" Mercredi 14 Décembre 2011 de 16h00~18h00 / Amphi. 302 Président : Prof. C. MARCHAND, Université de Paris XI Orsay

o Id15 : Prédiction des performances d’une machine saturée grâce à un modèle numérique 2D représentatif et peu coûteux.

Razmik DÉMIRJIAN 1-2, Yves MARÉCHAL 1, Jean-Louis COULOMB1, Albert FOGGIA 1, Lauric GARBUIO 1, Nicolas LABBE 2 1 G2Elab 2 Valeo

Résumé : Dans cet article, nous présentons comment prévoir plus précisément, à partir d’un modèle numérique 2D, les performances des machines électriques. Ces dernières utilisées dans le domaine de l'automobile et des véhicules, notamment les démarreurs, sont liées à de nombreux phénomènes 3D. Ces phénomènes sont d’autant plus influents que les démarreurs sont plus compacts. Un modèle numérique en 3D représente bien ces phénomènes, cependant les simulations sont coûteuses en termes de temps de calcul et de mémoire. En revanche, un modèle 2D est plus pratique mais son principal inconvénient est une précision plus faible des résultats. Nous proposons ici une méthodologie et un outil permettant de remplacer les simulations 3D, par des simulations d’un modèle 2D équivalent. Cette méthodologie repose sur une démarche d’optimisation et de réglage de certains paramètres du modèle 2D. L’idée est de caler le modèle 2D du moteur en s’appuyant sur les résultats du modèle 3D.

o Id73 : Modélisation hybride : couplage éléments finis – réseau de perméances.

Application à la machine synchrone à aimants permanents

Boumedyen NEDJAR 1, Lionel VIDO 2, Sami HLIOUI 3, Yacine AMARA 4, Mohamed GABSI1, M. LECRIVAIN3 1 SATIE, ENS Cachan, CNRS, UNIVERSUD, 61, av Président Wilson F-94230 – Cachan – France 2 . SATIE, Univ. Cergy Pontoise, CNRS, Rue d’Eragny, Neuville sur Oise, F-95031 Cergy-Pontoise 3 SATIE, ENS Cachan, CNAM, CNRS, UniverSud 61, av Président Wilson, F-94230 Cachan, France 4 GREAH, Univ Le Havre, 25, rue Philippe Lebon - B.P. 1123 - 76063 Le Havre Cedex, France

Résumé : Cet article présente une méthode de modélisation hybride appliquée aux machines électriques. Cette modélisation est basée sur un couplage réseau de perméances – éléments finis. L’objectif est d’améliorer les temps de calcul sans pour cela sacrifier la précision des résultats obtenus. Cette méthode est présentée pour des structures 2D, puis appliquée à la modélisation d’une machine synchrone à aimants permanent. Le gain obtenu (temps de calcul réduit de 20%), peut s’avérer intéressant dans le cas de couplage de cette méthode avec des algorithmes d’optimisation.

o Id17 : Modèle analytique prenant en compte la saturation croisée pour le

dimensionnement optimal des machines à aimants internes

Sulivan KÜTTLER 1, Khadija EL-KADRI-BENKARA 1, Guy FRIEDRICH 1, Franck VANGRAEFSCHEPE 2, Abdenour ABDELLI 2, Benoist THIROUARD 2 1 Laboratoire d'Electromécanique de Compiègne (LEC) 2 IFP Energies nouvelles

Résumé : Le dimensionnement optimal des machines électriques est un enjeu important dans un contexte de compétitivité industrielle, d'économie des matériaux nobles (cuivre, aimants permanents, ...) et d'économie d'énergie. En particulier, le domaine de l'automobile est très exigeant sur l'ensemble de ces critères. Parallèlement, un dimensionnement "réellement" optimal au-delà d'algorithmes adaptés, doit disposer de modèles suffisamment fins des principaux phénomènes physiques intervenant dans une

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conversion électromécanique. Le phénomène de saturation croisée dans les machines à aimants permanents internes (MAPI) est rarement pris en compte alors que sa contribution est loin d'être négligeable particulièrement pour des régimes de fonctionnement à niveau de saturation élevé. L'article propose un modèle analytique basé sur un réseau de réluctances prenant en compte les non-linéarités introduites par la saturation magnétique des matériaux. Ce modèle est destiné à être implanté dans un environnement de dimensionnement optimal multi-physique: il doit donc associer rapidité et précision. Après une présentation de ce modèle et de son utilisation pour déterminer l'évolution des flux magnétiques sur les axes d et q en fonction de id et iq, les résultats seront comparés aux résultats obtenus par une modélisation par éléments finis sur deux cas tests. Une discussion sur le compromis précision-temps de calcul des deux méthodes en sera déduite.

o Id35-47 : Modélisation électromagnétique des grands systèmes : l’apport des

méthodes intégrales dans l’étude du foudroiement des avions

Ali JAZZAR 1, Trung-Son NGUYEN 1, Benjamin VINCENT 1, Edith CLAVEL 1, Jean-Michel GUICHON 1, Olivier CHADEBEC 1, Gérard MEUNIER 1, Enrico VIALARDI 2

1 G2Elab, 2 CEDRAT

Résumé : Dans une vision de transports plus économiques, l’apport des matériaux composites est une solution technologique importante pour l'industrie aéronautique, même si cela ouvre de nouvelles questions de compatibilité électromagnétique sur l’ensemble du système et nécessite l’utilisation d’outils de simulation adaptés. La méthode intégrale PEEC (Partial Element Equivalent Circuit) est une approche pertinente pour la simulation électromagnétique de ces structures où beaucoup d’espace vide existe entre les conducteurs. Néanmoins, les codes PEEC basses fréquences actuellement disponibles montrent des limites dans le traitement des objets de grande taille qui sont à modéliser pour étudier la problématique du foudroiement des avions. Cet article illustre les possibilités de simulations électromagnétiques offertes par le logiciel InCa3D en présentant sa méthodologie et en discutant des résultats de simulation et de mesures sur un échantillon représentatif du caisson d’avion en matériau composite.

Session Orale 3a "Dispositifs pour les transports ferroviaires et aéronautiques" Jeudi 15 Décembre 2011 de 10h00~12h00 / Grand Amphi. Président : Dr. V. LANFRANCHI, Université Technologie de Compiègne

o Id46 : Machines électriques fermées pour la traction ferroviaire, problématique et enjeux

Alexandre VAUDREY 1, Abdessamed SOUALMI 1-2, Philippe DESEVAUX 1, Christophe ESPANET 2, Andry RANDRIA 2 1 Femto-st 2 Alstom transport

Résumé : Deux nouvelles catégories de contraintes s'imposent aux concepteurs de machines électriques de traction ferroviaire : celle, réglementaire, de diminution du bruit acoustique produit et celle, économique, de réduction de leurs coûts de maintenance. Une voie de développement envisageable pour respecter ces deux exigences simultanément consiste à "fermer" ces machines, c'est-à-dire à modifier le système de ventilation de telle manière que l'air utilisé pour les refroidir ne soit jamais en contact direct avec l'air extérieur. L'objectif de cet article et d'exposer les principales conséquences, notamment thermiques, d'un tel changement sur la démarche de conception d'une machine électrique. Sur la base de réalisations existantes dans le domaine, et d'une analyse thermique globale du fonctionnement de ces machines, nous mettons en évidence les pistes de réflexion à suivre pour la mise au point et l'optimisation de tels dispositifs.

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o Id9 : Caractérisation électromagnétique d’une boucle inductive d’aide au shuntage des trains

Edith CLAVEL 1, Gérard MEUNIER 1, Marc BELLON 1, Xavier LORANG 2, Didier FRUGIER2

1 G2ELAB 2 SNCF

Résumé : La sécurité sur le réseau ferroviaire est une priorité majeure pour la SNCF. En particulier, savoir à tout instant où se trouve un train est un enjeu essentiel. Ceci se fait en utilisant le lien électrique entre le train et les rails afin de faire transiter l’information. Malheureusement, parfois celui-ci est déficient et ne permet pas la détection du train dans le tronçon considéré. Actuellement des solutions existent, plus précisément des systèmes d’aide au shuntage qui améliorent le passage du courant. Leur dimensionnement, contraint par des considérations à la fois mécaniques et géométriques, s’effectue souvent de manière empirique. Dans cet article, le fonctionnement de tels dispositifs est analysé afin de déterminer les paramètres influents et de mieux les concevoir. Après une étape de modélisation, le modèle électrique obtenu est confronté à des mesures. Une fois sa validité prouvée, une analyse paramétrique pourra permettre une optimisation du dispositif.

o Id40 : Modélisation Analytique des Courants de Court-circuit et calcul de Pertes

dans les Aimants Permanents en régimes déséquilibrés

Mohand SOUGH 1, Frédéric DUBAS 2, Daniel DEPERNET 2, Bénali BOUALEM 1, Christophe ESPANET 2 1 Alstom transport 2 femto-st

Résumé : Le travail présenté dans ce papier traite de la modélisation analytique des courants lors d’un défaut de court-circuit et du calcul des pertes dans les aimants permanents durant le défaut. Les défauts considérés dans cet article sont le court-circuit triphasé, biphasé et asymétrique. La première étape consiste à calculer analytiquement les courants en régime transitoire et en régime permanent durant le court-circuit. En effet, le régime transitoire nous permet d’évaluer correctement les fortes ondulations de couple pouvant détériorer mécaniquement la machine et la transmission associée. Le régime permanent permet d’évaluer les pertes dans les aimants pouvant conduire à un échauffement excessif des aimants, surtout en régime déséquilibré.

o Id20 : Étude électrique et énergétique des générateurs de jets synthétique à

plasma

Antoine BELINGER 1, Pierrick HARDY 2, Daniel CARUANA 2, Jean-Pascal CAMBRONNE 1

1 Laboratoire LAPLACE 2 Onera DMAE

Résumé : Les générateurs de jets synthétiques à plasma (JSP) produisent des jets d’air à grande vitesse permettant de réduire les turbulences provoquées par un fluide en écoulement le long d’une aile d’avion. Ces jets de faible diamètre (1 mm) résultent d’un échauffement d’air dans une micro cavité, lui-même induit par un plasma à haute température. Nous avons conçu 2 types d’alimentations qui dissipent l’énergie de manière totalement différente dans la décharge (pulsée pour la première et beaucoup plus lentement pour la seconde). L’air présent dans la cavité n’est donc pas chauffé de la même manière. Nous avons donc mesuré les températures et volumes de ces 2 plasmas afin de les relier aux vitesses et durées des jets ainsi qu’à la température de l’actionneur. Nous arrivons à la conclusion qu’une décharge pulsée est plus efficace pour alimenter ce type d’actionneur.

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Session Orale 3b "Session Spéciale : Système pile à combustible" Jeudi 15 Décembre 2011 de 10h00~12h00 / Amphi. 301 Présidents : Prof. D. HISSEL, UFC, et Dr. C. TURPIN, Université de Toulouse

o Id88 : Impact des ondulations de courant générées par un convertisseur DC-DC boost sur une pile à combustible PEM

Olivier RALLIERES 1, Jérome MULOT 2, Daniel HISSEL 2, Christophe TURPIN 1, Fabien HAREL 2, Marie-Cécile PERA 2, Guillaume FONTES 1, Stéphan ASTIER 1. 1 LAPLACE 2 FEMTO-ST/FCLAB

Résumé : Les piles à combustible devront être couplées, dans la majorité des cas, au réseau ou à des charges par l’intermédiaire de convertisseurs statiques. Ces derniers, de par leur conception, imposent à la pile des profils comportant des ondulations de courant. Dans cet article, nous évaluerons l’impact que peuvent avoir les ondulations de courant correspondant à un convertisseur élévateur de tension (BOOST) sur l’état de santé de la pile à combustible. Un cyclage de 1000 heures a été réalisé avec des ondulations de courant puis, après réfection de cette même pile (remplacement des ensembles membrane/électrodes), il a été effectué un cyclage de 1000 heures sans ondulation de courant. Les comparaisons des paramètres identifiés de la pile mettent en évidence un impact important (de l’ordre de 10%) sur la dégradation des performances de la pile liée aux ondulations de courants. Deux approches sont utilisées : la première par suivi temporel de paramètres et la deuxième par identification de paramètres associés à des modèles permettant de dissocier les phénomènes physico-chimiques tout au long du vieillissement.

o Id80 : Architecture électrique de sortie pour générateur pile à combustible de

forte puissance

Emmanuel FRAPPE 1, Alexandre DE BERNARDINIS 1, Olivier BETHOUX 2, Claude MARCHAND 2, Gérard COQUERY 1. 1 IFSTTAR 2 LGEP

Résumé : Dans un objectif de montée en puissance pour des applications de transport ou auxiliaires de traction, de longs empilements de pile à combustible peuvent être soumis à des disparités (fluidiques, température) et être le siège de possibles défaillances. Couplé à une méthode de détection de défauts, le convertisseur associé au générateur pile à combustible peut alors agir en fonction. Cet article présente des topologies candidates de convertisseur pour une pile segmentée en 3 parties. Chaque segment de pile peut alors être contrôlé indépendamment en fonction de son état de santé. Le convertisseur devra avoir une topologie simplifiée et une efficacité énergétique importante.

o Id86 : Alimentation électrique d'un site isolé à partir d'un générateur

photovoltaïque associé à un tandem électrolyseur/pile à combustible (batterie H2/O2)

Frédéric GAILLY 1, Christophe TURPIN 1, Stéphan ASTIER 1, Eric BRU1, Michel PLANTEVIN2, Yann DAVID 2, Jean-Christophe HOGUET 2, Eric PINTON 3, Christophe DARRAS 4, Marc MUSELLI 4, Christophe THIBAULT 4, Philippe POGGI 4 1 LAPLACE 2 HELION Hydrogen Power 3 CEA Liten 4 SPE UMR 6134

Résumé : Les systèmes à énergies renouvelables couplés à un stockage hydrogène constituent des solutions originales pour l’alimentation électrique des sites peu ou non électrifiés. La « batterie H2/O2 », association d’un électrolyseur, d’une pile à combustible et de réservoirs de gaz se présente comme une solution pour satisfaire de

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longues périodes d’autonomie (typiquement stockage saisonnier). Mais sa mise en oeuvre n’est pas aussi aisée et les particularités de fonctionnement posées par les procédés électrochimiques impliqués nous contraignent à l’associer à un stockage secondaire (typiquement une batterie Pb/Ac). Le présent article fait état des réflexions architecturales menées dans le cadre du projet ANR PEPITE dont le cahier des charges principal était l’alimentation d’un site isolé technique (pylône météorologique) à partir d’un générateur photovoltaïque et d’une batterie H2/02.

Session Orale 3c "Session Spéciale : Alimentation en énergie des populations isolées (Partie 1)" Jeudi 15 Décembre 2011 de 10h00~12h00 / Amphi. 302 Président : Prof. A. MAILFERT, INPL de Nancy

o Id75 : Ressources énergétiques et solutions pour l’alimentation en électricité des populations isolées

Bernard MULTON 1, Gérard MOINE 2, Judicaël AUBRY 1, Pierre HAESSIG 1, Cédric JAOUEN 1-3, Yaël THIAUX 1, Hamid BEN AHMED 1 1 ENS de Cachan - SATIE site de Bretagne 2 TransEnergie 3 Laboratoire des Systèmes Solaires

Résumé : Une proportion significative (le quart environ) de la population mondiale n’a pas accès à l’électricité, c’est-à-dire à un bien considéré aujourd’hui comme indispensable pour vivre décemment. Cela concerne essentiellement les populations pauvres qui n’ont pas encore accès à l’électricité, mais également des populations riches trop éloignées des grands réseaux pour qu’il soit rentable de les raccorder. Ce papier propose d’effectuer un bilan des principales ressources disponibles et susceptibles d’être converties en électricité. Sont présentées ensuite, les différentes solutions technologiques actuellement employées, mais aussi celles envisagées à plus ou moins longue échéance, pour satisfaire une assez large palette de besoins. Les systèmes photovoltaïques représentent de très loin la voie la plus développée et dont le potentiel de développement est le plus fort, notamment parce qu’elle bénéficie du très gros marché des applications connectées réseau. Mais les autres voies seront également décrites, notamment celles à base de groupes électrogènes, hybrides, hydrauliques… Les aspects sociologiques, qui jouent un rôle très important dans le bon fonctionnement et dans la pérennité des systèmes, seront également évoqués car ils doivent être considérés par le technicien, l’ingénieur et le chercheur afin de proposer des solutions plus en adéquation avec les réalités.

o Id60 : Application d’un nouveau système d’excitation pour la régulation de la

tension d’un alternateur synchrone

Abdallah BARAKAT 1, Slim TNANI 2, Gérard CHAMPENOIS 2, Emile MOUNI 3

1 Université de Poitiers et Moteurs Leroy Somer 2 Université de Poitiers 3 Moteurs Leroy Somer

Résumé : Le système d’excitation d’un alternateur est un élément principal qui influence son comportement dynamique durant les régimes transitoires. Dans ce papier, on montre une nouvelle structure d’excitation basée sur une machine synchrone à inducteur bobiné (machine excitatrice) suivie d’un pont de diodes et un hacheur. Cette structure est associée à un régulateur de tension H1. Le comportement expérimental de la machine soumise à des essais d’impact et de délestage de charge est montré. Finalement, tous les résultats expérimentaux sont présentés et discutés.

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Session Orale 4a "Session Spéciale : Alimentation en énergie des populations isolées (Partie 2)" Jeudi 15 Décembre 2011 de 14h30~16h00 / Amphi. 302 Président : Prof. B. MULTON, École Normale Supérieur de Cachan

o Id72 : Gestion énergétique sans stockage électrique d’un processus de pompage et/ou de dessalement alimenté « au fil du vent et du soleil »

Mehdi TURKI 1, Amine BEN RHOUMA 1, Ines BEN ALI 1, Jamel BELHADJ 1-2, Xavier ROBOAM 3 1 Université de Tunis, LSE-ENIT, Tunisie 2 Université de Tunis, ESSTT, Tunisie 3 Université de Toulouse LAPLACE (UMR CNRS-INPT-UPS)

Résumé : Les auteurs proposent une approche de gestion énergie-eau d’un système de production/traitement de l’eau alimenté, au fil du vent et du soleil. L’architecture proposée et la gestion qui en découle ont la particularité de ne pas faire appel au stockage électrochimique. Ce système est orienté vers des applications autonomes de pompage et/ou de dessalement de l’eau destinées à des sites isolés dépourvus de réseaux hydraulique et électrique. La stratégie de gestion énergie/eau permet de maintenir la stabilité du bus continu, de contrôler le flux de puissance électrique transféré du système hybride au processus de pompage et/ou de dessalement de l’eau en s’assurant des niveaux stockés dans les réservoirs hydrauliques. Les modèles énergétiques des chaines de pompage et de dessalement ont été caractérisés expérimentalement sur deux maquettes à échelle de puissance réduite. Ces modèles permettent de prouver l’efficacité de la gestion et la performance du dispositif global en fonctionnement autonome sans stockage au fil du vent et du soleil, c'est-à-dire à « puissance donnée intermittente ».

o Id66 : Caractérisation en ligne des batteries de stockage d’une centrale autonome

éolienne et photovoltaïque

Daniel DEPERNET 1, Oumar BA 2, Alain BERTHON 3

1 UTBM 2 UCAD 3 UFC

Résumé : Ce travail est une contribution à la mise en place de centrales électriques hybrides dans les zones rurales Sénégalaises éloignées des principaux centres de production d’électricité. Le couplage de générateurs éolien et photovoltaïque est utilisé pour bénéficier du fort potentiel en énergies renouvelables de la région. Des batteries de stockage au plomb sont associées aux générateurs pour permettre d’assurer la continuité de service de la centrale. Cet article étudie en particulier la mise au point d’une méthode de spectroscopie d’impédance en ligne afin de répondre à la problématique de faible durée de vie des batteries et aux difficultés liées à leur maintenance en site isolé en tenant compte des contraintes de coût de la centrale. Le contrôle du convertisseur statique associé aux batteries est adapté pour intégrer la fonctionnalité de caractérisation des batteries par spectroscopie d’impédance. Une plateforme expérimentale développée au laboratoire a permis de valider le procédé de mesure en ligne du spectre d’impédance d’une batterie et d’initier une phase d’exploitation des données.

o Id71 : Méthodologie de dimensionnement d’un pack batteries pour une chaine

éolienne passive alimentant un site isolé

Malec BELOUDA 1, Jamel BELHADJ 1, Xavier ROBOAM 2, Bruno SARENI 2

1 Université de Tunis, LSE-ENIT, Tunisie 2 Université de Toulouse LAPLACE (UMR CNRS - INPT UPS)

Résumé : Ce travail présente une méthodologie de dimensionnement d’un pack des batteries au sein d’un système éolien entièrement passif soumis à un profil du vent et à une mission de consommation sur site isolé. Les constituants du système sont

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redimensionnés par similitude à partir d’une chaine éolienne passive optimale de base. Les paramètres de cette dernière sont optimisés à l’aide d’un algorithme génétique multicritère pour augmenter l’efficacité énergétique et minimiser la masse pour un profil de vent donné. Une méthodologie de dimensionnement du pack de stockage électrochimique basée sur des approches statistiques est développée et montre son efficacité.

Session Orale 4b "Entrainements électriques pour applications embarquées" Jeudi 15 Décembre 2011 de 14h30~16h00 / Amphi. 301 Président : Dr. M. McClelland, Leroy-Somer

o Id90 : Prise en compte des limitations introduites par la batterie d’alimentation lors de l’élaboration des lois de commande de la machine synchrone à aimants permanents

Noelle JANIAUD, Sid Ali RANDI RENAULT SAS

Résumé : Cet article s’intéresse aux performances d’une chaîne classique de traction électrique faisant intervenir entre autres une machine synchrone alimentée par une batterie de traction. Pour une machine donnée, le choix de la batterie impacte fortement le rendement et les performances du moteur suivant les points de fonctionnement considérés. Non seulement la tension aux bornes de la batterie est influente sur le pilotage de la machine (défluxage obligatoire à grande vitesse qui implique une diminution du rendement moteur), mais le courant maximum délivrable par la batterie est également un facteur limitant du point de vue des performances de la machine. Il convient d’en tenir compte lors de l’élaboration des lois de commande. Nous considérons également dans une dernière partie une modification du modèle de machine permettant de prendre en compte l’ensemble des pertes (Joules et fer) lors de la conception des lois de pilotage, ainsi que les pertes dans le convertisseur de puissance alimentant le stator.

o Id25 : Évaluation Rapide des Performances des Machines Synchrones à Aimants

Permanents pour les Applications Embarquées

Husseïn DOGAN, Frédéric WURTZ, Albert FOGGIA, Lauric GARBUIO G2ELAB

Résumé : Lors de la conception des machines synchrones à aimants permanents (MSAP), le premier obstacle que rencontrent les ingénieurs concerne le choix de la topologie de la machine synthétisant le nombre d’encoches, le nombre de pôles ainsi que le bobinage associé. Etant donné que les caractéristiques des machines en dépendent principalement, une étude préliminaire en regard du cahier des charges de chaque application doit être réalisée pour parvenir à la topologie optimale. Le présent article propose une synthèse de différentes analyses permettant l’évaluation rapide d’une MSAP en termes de performances en se basant en partie sur la fonction de bobinage. Pour servir d’illustration, deux machines seront tout d’abord évaluées à partir de cette approche, puis une confirmation des résultats sera fournie par des simulations sous éléments finis.

o Id70 : Approche inverse sur la détermination des paramètres électromagnétiques

optimaux d’une MSAP appliquée à un véhicule électrique

Benjamin DAGUSÉ, Philippe DESSANTE, Pierre VIDAL, Jean-Claude VANNIER, Jean-Luc THOMAS SUPELEC, E3S

Résumé : Nous proposons dans cet article une démarche pour déterminer les paramètres électromagnétiques optimaux d’une Machine Synchrone à Aimants Permanents (MSAP). Cette démarche appliquée à un Véhicule Electrique (VE) est basée sur un cycle de fonctionnement caractéristique. Ainsi, la MSAP devra d’une

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part respecter un cahier des charges mais aussi minimiser la consommation en courant sur le cycle. On s’attachera notamment à comparer les performances de trois solutions optimales de machines : la MSAP sans saillance, la MSAP dite à « saillance directe » et la MSAP à « saillance inverse ».

Session Orale 4c "Machines électriques à aimants permanents" Jeudi 15 Décembre 2011 de 14h30~16h00 / Grand Amphi. Président : Dr. J-P. YONNET, Université de Grenoble

o Id24 : Évolutions des Moteurs d'Actionneurs Automobiles pour les Défis du futur : Augmenter Fonctionnalités et Légèreté

Thierry PERA, Ignacio ALVAREZ FAURECIA

Résumé : L’objectif de cet article est de présenter les tendances profondes faisant évoluer les motorisations électriques des actionneurs dans l’automobile. Ces tendances que sont l’évolution vers des architectures électriques décentralisées et la maturité des plasto-aimants de hautes performances tracent la route pour la croissance des motorisations brushless au dépend des moteurs à courant continu à balais. L’effet de l’augmentation du coût des terres rares et en particulier du Néodyme pourrait ralentir cette évolution.

o Id18 : Pré Dimensionnement d’une Machine à Flux Axial à Double Stator pour

un Cahier des Charges d’une Hydrolienne à Entraînement Circonférentiel

Sofiane DJEBBARI 1, Jean Frédéric CHARPENTIER 1, Mohamed BENBOUZID 2, Sylvain GUEMARD 3

1 Ecole Navale, EA 3634 IRENav 2 Université de Brest, EA 4325 LBMS 3 ECA-EN, Saint Herblain

Résumé : Dans la présente étude une structure de machine à flux axial à double stator est présentée, un modèle électromagnétique de pré dimensionnement au premier ordre est décrit pour cette structure. Les dimensions principales de cette machine ainsi qu’un modèle thermique sont présentés pour un cahier des charges d’hydrolienne Rim-Driven. Ces structures originales d’hydroliennes, qui ont fait l’objet de précédentes études au laboratoire (IRENav), sont caractérisées par le fait que les parties actives de la machine se situent sur la périphérie de l’hélice. Les volumes des matériaux actifs et le comportement thermique de la machine axiale sont comparés avec une machine radiale à aimants permanents dimensionnée lors de travaux précédents. Cette première étude, montre un intérêt pour ce type de structures poly-entrefer, notamment en termes de compacité. En effet, l’étude démontre que ces machines sont caractérisées par un comportement thermique moins contraignant.

o Id77 : Étude de la réduction des pertes électromagnétiques d’un MSAP à fort

couple et encoches ouvertes

Fouad CHARIH 1, Frédéric DUBAS 1, Christophe ESPANET 1, Robert BERNARD 2 1 FEMTO / ST – ENYSIS 2 Novelté système

Résumé : Ces travaux concernent l’étude de la réduction des pertes par effet Field dans un moteur-roue (réalisé avec une MSAP) à très fort couple (i.e., 20000 N.m obtenus avec un réducteur à un seul étage intégré dans la roue) et avec des encoches ouvertes. Une étude préliminaire sur un prototype de moteur-roue a montré que les pertes par effet Field étaient très élevées du fait des variations du champ magnétique au sommet des encoches. La réduction de ces pertes est réalisée en subdivisant les conducteurs. L’utilisation de fils de Litz étant trop coûteuse et pénalisant trop fortement le taux de remplissage, nous avons proposé une mise en parallèle de fils circulaires émaillés en développant un outillage prototype pour la réalisation de ces

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conducteurs spéciaux. Le choix du nombre de fil en parallèle a été réalisé sur la base de simulations numériques par éléments finis 2D et validées par des mesures sur une maquette à échelle réduite. Les modifications proposées sur le moteur à échelle 1 ont finalement été réalisées et validées expérimentalement.

• Présentations POSTERS : Mercredi 14 Décembre 2011 de 14h00~15h00 / Salle 300 Jeudi 15 Décembre 2011 de 13h30~14h30 / Salle 300

o Optimisation d’un cardan magnétique pour la propulsion sous-marine.

Hervé MANGEL 1, Olivier CHOCRON 2

1 LBMS/EA4325 UBO IUT de BREST 2 LBMS/EA4325 ENIB BREST

Résumé : Cette étude porte sur les accouplements magnétiques orientables, ces accouplements à aimants permanents transmettent un couple suivant un axe et doivent pouvoir être orientés suivant les deux autres axes afin de réaliser une propulsion vectorielle. Ils sont particulièrement adaptés aux sous marins autonomes de faibles dimensions. Après une présentation du contexte de l’étude, les auteurs présentent les résultats de simulations numériques d’un propulseur existant transformé en propulseur orientable pour l’occasion. Les résultats obtenus en ce qui concerne le couple transmis sont satisfaisants mais la stabilité n’est pas satisfaisante. Ensuite, les résultats de simulations numériques d’accouplements spécialement étudiés pour cette application sont présentés et critiqués. Ces résultats montrent le réel avantage à concevoir un accouplement spécifique en ce qui concerne le couple transmis, la stabilité de l’ensemble et la facilité à orienter la propulsion.

o Pertes rotoriques et échauffements dans les moteurs synchrones à aimants

permanents

Christophe BESSON, Petri NIKKOLA, Jaccard MATTHIEU Haute Ecole Spécialisée de Suisse Occidentale, HEIG-VD, 1401 Yverdon-les-Bains, Suisse

Résumé : L’augmentation des performances, et notamment de la vitesse, a montré que les pertes rotoriques dans les moteurs synchrones à aimants peuvent devenir importantes et causer des dégâts suite à un échauffement excessif. Une meilleure connaissance de ces pertes et de ces échauffements, selon le mode de fonctionnement, permet de proposer des solutions afin d’augmenter la fiabilité, les performances de couple, de vitesse et le rendement des moteurs.

o Estimation des paramètres d’une onde électrique d’un réseau de distribution :

exploitation d’une méthode haute résolution

Gwladys CHANEDEAU 1, Laurent RAMBAULT 2, Jean-Paul GAUBERT 2, Jean-François TISSIER 3

1 Université de Poitiers / ITRON 2 Université de Poitiers 3 ITRON

Résumé : La surveillance de la qualité des tensions et courants d’un réseau électrique devient un enjeu majeur dans les systèmes de distribution d’énergie. Pour cela, l’estimation avec une haute précision, des grandeurs caractéristiques que sont la fréquence fondamentale, les amplitudes et phases du contenu harmonique du signal électrique est indispensable. Cet article présente l’application d’un algorithme de haute résolution appelée ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques), plus particulièrement répandu dans le domaine des télécommunications. Une méthode plus traditionnelle, la Transformée de Fourier Discrète, permet elle aussi de calculer les coefficients de Fourier discrets ah et bh et

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de déterminer les composantes harmoniques de façon sélective. Ces deux méthodes ont été évaluées en simulation et également à partir de données expérimentales. Les résultats obtenus et la comparaison de ces deux méthodes sont exposés et analysés.

o Modélisation floue des énergies intermittentes raccordées au réseau de

distribution

Wendy CAROLINA, Briceno VICENTE, Raphael CAIRE, Nouredine HADJSAID G2ELAB, UMR 5529 INPG/UJF-CNRS

Résumé : La connaissance de la répartition des charges à court et long terme est une donnée essentielle pour le dispatching, la planification ou l’analyse des réseaux électriques de distribution. La prise en compte de sources d'énergie alternatives dans ce calcul est indispensable pour décider du plan de production ou de la gestion des charges afin de minimiser le coût d’exploitation en respectant les contraintes de fonctionnement et de fiabilité des réseaux électriques. Le but de ce travail de recherche est de développer des stratégies pour la résolution du problème de la répartition de charges, base de la planification et de l'exploitation des réseaux électriques, en tenant compte du caractère incertain de la production de puissance décentralisée et des charges. Deux méthodes sont utilisées: la méthode probabiliste de Monte Carlo et la méthode possibiliste de l’arithmétique floue.

o Prise en compte de l’indisponibilité non programmée des centrales thermiques

classiques et de l’impact de l’algorithme de résolution utilisé dans un problème de minimisation des émissions de gaz polluants en présence de production décentralisée de type éolien

Francois VALLÉE, Christophe VERSELE, Radouane LOUGHLIMI, Jacques LOBRY Université de Mons, service Génie Electrique

Résumé : Un des objectifs majeurs des accords de Kyoto consiste en une réduction significative des émissions de gaz à effet de serre (COx, NOx,…). Dans cet article, un modèle de minimisation de ces émissions en présence de parcs de production thermique classique et de type éolien est ainsi extrait de la bibliographie et complété de manière à intégrer l’éventuelle indisponibilité non programmée d’une (ou plusieurs) centrale(s) thermique(s). Le modèle proposé est implanté et l’impact conjoint de la production fluctuante d’électricité d’origine éolienne et des indisponibilités non programmées associées aux unités classiques est évalué par voie numérique. De cette manière, il est démontré que, pour des caractéristiques de production éolienne et une tolérance sur la couverture de charge inchangées, la prise en compte des indisponibilités associées aux centrales thermiques classiques engendre une augmentation simultanée de la puissance installée d’origine thermique classique et des émissions de gaz polluants associées. Enfin, afin de tester l’optimalité des solutions obtenues, le problème posé est résolu à l’aide d’algorithmes basés sur une méthode de type gradient, d’une part, et d’algorithmes génétiques, de l’autre.

o Optimisation de la chaîne électrique d’un système de micro-cogénération linéaire

Marie RUELLAN, Thu Thuy DANG, Hamid BEN AHMED, Laurent PREVOND, Pierre FRANCOIS, Bernard MULTON. SATIE - ENS Cachan

Résumé : Cet article présente une méthodologie d’optimisation d’une chaîne de conversion électrique linéaire (machine à induction contrôlée par convertisseur statique) d’un système de micro-cogénération thermo-mécano-électrique à moteur Stirling. Dans un premier temps, nous décrivons le principe de fonctionnement du système de micro-cogénération développé dans le cadre du projet CETI (ANR). Les couplages entre les phénomènes thermiques et électriques étant supposés découplés (le couplage mécanique s’effectuant au travers la force de récupération avec une loi de type amortissement visqueux), une description des modèles de la chaîne électrique

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est proposée. La méthode de son optimisation globale sur cycle est ensuite décrite et l’analyse des résultats obtenus est enfin effectuée.

o Gestion d’énergie d’un véhicule électrique rechargeable intégrant les

fonctionnalités d’achat (grid/home-to-vehicle) et de revente (home/grid-to-vehicle) de l’énergie

Florence BERTHOLD 1, Benjamin BLUNIER 1, David BOUQUAIN 1, Sheldon WILLIAMSON 2, Abdellatif MIRAOUI 1 1 Laboratoire Système et Transport 2 Power Electronics and Energy Research (PEER) group

Résumé : Les véhicules conventionnels représentent une large contribution des émissions de gaz à effet de serre et de polluants de type aérosols. De ce fait l’une des solutions pour diminuer ces émissions serait d’intégrer des véhicules hybrides, hybrides rechargeables ou tout électriques dans le parc automobile actuel. Cependant, la connexion de véhicules électriques sur le réseau de distribution est synonyme de nouveaux besoins en électricités mais également de l’augmentation des pics de puissance en soirée. En effet à l’heure actuelle nous produisons ce que nous consommons à « l’instant t ». Sachant que le pic de production atteint déjà des sommets il est nécessaire de trouver une nouvelle manière d’utiliser nos ressources énergétiques.

o Influence des cycles de conduite sur le dimensionnement du système de stockage

hybride batterie-Supercondensateur alimentant un véhicule électrique

Redha SADOUN 1, Nassime RIZOUG 1, Patrick BARTHOLOMEÜS 2, B. BARBEDETTE 1, Phillippe LEMOIGNE 2

1 ESTACA, Laval 2 Ecole centrale de Lille

Résumé : Dans le cas des véhicules conventionnels et hybrides, les équipes de recherches des constructeurs automobiles s’appuient sur les cycles de conduite normalisés pour estimer la consommation du carburant et les émissions de gaz à effet de serre. En ce qui concerne les véhicules électriques, l'objectif principal est l'amélioration des performances du véhicule telle que l’autonomie, la vitesse maximale, l'accélération ..., pour atteindre celles des véhicules classiques. Ce papier présente le dimensionnement d’une source d’énergie hybride (batterie- supercondensateur) en utilisant deux profils de conduite normalisée ; le cycle ARTEMIS et le cycle New European Driving Cycle (NEDC). Le pack de batteries sera dimensionné dans un premier cas pour assurer la puissance maximale de décharge et dans une seconde approche il sera dimensionné par rapport à l’énergie requise pour une autonomie de 120km. Le supercondensateur et en raison de sa puissance spécifique élevée sera utilisé comme booster avec la batterie. Les résultats du dimensionnement sont analysés afin de mettre en évidence l'impact du cycle de conduite sur la taille de la source hybride et l’autonomie du véhicule électrique.

o Définition d’un ensemble motoréducteur à débattement limité pour piloter un

obturateur de moteur à combustion interne

Christophe GUTFRIND 1, Jean-Claude VANNIER 2, Pierre VIDAL 2, Philipe DESSANTE 2, D. SADARNAC2 1 Electricfil Automotive 2 SUPELEC

Résumé : L’article présente une définition d’un actionneur électromécanique pour réguler la position d’un obturateur destiné au moteur à combustion interne d’une automobile. L’actionneur est un motoréducteur constitué d’un moteur à courant continu à balais et d’un réducteur à engrenages à denture droite. Cet ensemble est modélisé analytiquement, puis optimisé par un algorithme évolutionnaire sous contraintes thermiques, électriques et de performances en dynamique. L’optimisation s’applique sur deux trajets aller et retour de l’obturateur afin de prendre en compte un cycle complet

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du mouvement du motoréducteur. L’objectif est de définir la structure la moins consommatrice en énergie électrique sur les deux trajets. Le résultat du modèle optimisé est vérifié par une étude magnétostatique et transitoire pour le moteur DC et par une étude mécanique statique pour la vérification des engrenages.

o Détection de défauts d'isolation artificiels dans les développantes de moteurs de

traction ferroviaire par spectroscopie diélectrique

Tung TRAN 1, Olivier GALLOT-LAVALLEE 1, Pascal RAIN 1, Gérard TRIPOT 2

1 G2Elab 2 ALSTOM Transport

Résumé : Des défauts artificiels ont été introduits dans l'isolation composite de maquettes de stator de moteurs moyenne tension. L'analyse diélectrique basse fréquence (10-3-103 Hz) a été menée à 30°C sur sept maquettes comportant chacune un défaut spécifique. La sensibilité des propriétés diélectriques à l'humidité a été mise en évidence. Pour cette raison, les mesures ont été faites juste après séchage des maquettes. La mesure a permis la détection de la plupart des sept défauts examinés. Chacun de ces défauts a aussi été identifié. La capacité à 1 kHz en particulier s’est révélé un marqueur fiable pour l'identification. Les différences observées entre les maquettes avec défaut et la maquette de référence sont qualitativement justifiées en termes de propriétés diélectriques.

o Modélisation par éléments finis d'un système asymétrique de type poutre avec

des patchs piézoélectriques

Hassan HARIRI , Yves BERNARD , Adel RAZEK LGEP

Résumé : Le système étudié dans le présent document est une structure constituée d’une poutre encastrée à une extrémité munie de deux patchs piézoélectriques collés sur une même face. Considérant l'hypothèse d’Euler-Bernoulli, les relations linéaires constitutives, la contrainte uniaxiale et en appliquant le principe d’Hamilton, nous avons développé une modélisation simplifiée de la structure. Deux cas sont étudiés, dans le premier, un patche piézoélectrique est utilisé comme actionneur et l’autre comme capteur; dans le deuxième cas, les deux patchs sont utilisés comme actionneurs. L’objectif du travail présenté est de valider expérimentalement le modèle simplifié. L'amortissement structural est inclus dans le modèle pour tenir compte des pertes mécaniques. L’originalité du travail réside dans l’utilisation de la notion d’axe neutre pour modéliser ce système asymétrique. Cette technique permet de gagner du temps de calcul. La modélisation en incorporant la notion d’axe neutre peut se faire en utilisant la méthode des différences finies ou la méthode des éléments finis. Après validation expérimentale du modèle par éléments finis simplifié, une étape d’optimisation est présentée.

o Contribution à la réduction de la pauvreté du peuple béninois par l’amélioration

de la qualité de l’énergie électrique consommée sur les réseaux de la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE)

Sossou HOUNDEDAKO 1, Koffi Patrice CHETANGNY 1, Koffi BEDJA 2

1 Ecole Polytechnique d'Abomey-Calavi à l'Université d'Abomey-Calavi 2 Laboratoires d’Energies Renouvelables, Université du Bénin BP 1515Lomé, Togo

Résumé : Les auteurs étudient la qualité de la distribution d’énergie électrique au Bénin sous deux aspects, la forme d’onde et le taux d’harmoniques d’une part et l’énergie non distribuée d’autre part. Ces deux analyses sont faites à partir de mesures effectuées sur les réseaux de distribution de la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) à des moments critiques et précis de la journée sur une période relativement étendue. Au vu des résultats, les auteurs ont effectué des simulations, à l’aide du logiciel MATLAB, afin de dépolluer le réseau de la SBEE en vue de réduire le coût de consommation chez les abonnés et par voie de conséquence de réduire les

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pertes sur le réseau. Une estimation de l’énergie non distribuée a été faite sur la région nord du Bénin. Les données recueillies auprès de la SBEE permettent d’apprécier ce point sur l’ensemble du pays. Réduire cette énergie non distribuée et améliorer la forme d’onde permettrait d’accroître la qualité du service et par voie de conséquence de contribuer à la réduction de la pauvreté du peuple béninois afin d’atteindre les Objectifs du Millénaire pour le Développement.

o Optimized Sizing of AC Coupled Hybrid Sources for isolated Villages

Sengprasong PHRAKHONKHAM, Abdoulaye KÉBÉ, Ghislain REMY, Demba DIALLO, Claude MARCHAND Laboratoire de Génie Electrique de Paris

Résumé : Cet article traite de l’optimisation d’un site de production d’énergie électrique pour des villages en milieu rural. Le faible revenu des habitants oblige à trouver une solution optimale du point de vue du coût de l’énergie produite. L’approche utilisée s’appuie d’abord sur une analyse des énergies renouvelables disponibles et des moyens de stockage adaptés. Un algorithme génétique est ensuite utilisé pour minimiser le coût de l’énergie produite sans dégrader la disponibilité en tenant compte des taux de panne des turbines pico hydroélectriques. Les résultats obtenus sont satisfaisants tant du point de vue de la simplicité des équipements que du coût de l’énergie produite.

o Dimensionnement et contrôle d’un véhicule hybride électrique basé sur une pile

à combustible

Alexandre RAVEY, Benjamin BLUNIER, Abdellatif MIRAOUI Laboratoire Système et Transport - UTBM

Résumé : Ce papier décrit le dimensionnement des sources d’énergie dans un véhicule électrique hybride basé sur une pile à combustible et des batteries. Le contrôle associé à ces sources est un contrôleur de type flou. L’étude montre que l’hybridation du véhicule et son contrôle permet de diminuer drastiquement la puissance nominale de la pile à combustible. L’analyse se base sur un camion poubelle de 13000 kg et prouve qu’une pile à combustible de seulement 20 kW est suffisante pour faire fonctionner le camion. Finalement, une méthode d’optimisation basée sur la programmation dynamique permet de déterminer la gestion d’énergie optimale du véhicule pour un cycle donné et permet de valider le contrôleur flou conçu.

o Première étape de la validation expérimentale d'une hybridation pile à

combustible et supercondensateurs pour un groupe de secours pour avion.

Benoit MORIN, Eric BRU, Olivier RALLIERES, Christophe TURPIN, Xavier ROBOAM, Jean-Marc BLAQUIÈRE, Franck MOSSER. LAPLACE

Résumé : Cette étude se situe dans le contexte aéronautique et fait suite au projet européen CELINA piloté par AIRBUS. Le projet européen CELINA (2005-2008) a posé la problématique du remplacement de l’éolienne (RAT) actuelle par une pile à combustible pour le réseau électrique de dernier secours sollicité en cas de perte totale des moteurs ou de la génération électrique. Il alimente les charges essentielles : auxiliaires de puissances presque constantes (calculateurs de bord, …) et les actionneurs de vol (EHA, EMA) qui constituent les principaux consommateurs à caractères très intermittents. Après un rapide rappel des résultats théoriques obtenus dans le projet CELINA qui ont permis une première classification de trois architectures, cet article exposera les travaux expérimentaux en cours depuis 2010 qui se situent dans le cadre du projet français ISS. Plus exactement, la première étape de cette phase expérimentale sera détaillée : elle consiste à valider deux premières architectures (hors hybridation directe) avec une émulation de la pile à combustible.

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o Alimentation électrique des dispositifs à décharge à barrière diélectrique (DBD)

Xavier BONNIN, Hubert PIQUET, Nicolas NAUDE, Nicolas GHERARDI, Jean-Marc BLAQUIÈRE Laboratoire LAPLACE

Résumé : L’utilisation d’une Décharge contrôlée par Barrière Diélectrique (DBD) permet d’obtenir un plasma froid à pression atmosphérique dont une des utilisations est le traitement de surface. Actuellement, de tels dispositifs sont alimentés par des sources de tension variable (amplitude, fréquence) : la décharge obtenue est le plus souvent filamentaire (défavorable à la qualité du traitement de surface), notamment lorsque l’on souhaite transmettre une puissance élevée. Des études récentes menées pour l’alimentation de lampes à excimères [1] ont montré l’intérêt de remplacer la source de tension par une source de courant, afin d’obtenir la décharge sur une plus grande plage de puissance et de fréquence, de disposer de degrés de liberté permettant le contrôle de la puissance transmise. Cet article est dédié à l’étude théorique et expérimentale d’une structure d’alimentation électrique de ce type.

o Analyse Thermique 3D d’un Alternateur à Griffes : Modélisation, Simulation et

Identification et Validation Expérimentale de la convection libre du modèle en régime thermique établi.

Olivier MALOBERTI, Guy FRIEDRICH, Khadija EL-KADRI-BENKARA, Loic CHARBONNIER, A. GIMENO. LEC-UTC

Résumé : L’échauffement des machines électriques est une caractéristique déterminante de la limitation en performances et de leur durée de vie. Les sources de flux de chaleur proviennent des pertes d’énergie dans la conversion électromécanique. Au cours de cette conversion, on distingue différents types de pertes, telles que les pertes cuivre, les pertes fer et les pertes mécaniques. L’évolution des températures peut être décrite par les équations intégrées de la conduction, convection et du rayonnement thermique. Pour maîtriser et dimensionner au mieux une machine il est nécessaire de disposer d’un modèle thermique, souvent dédié, et d’une connaissance précise des pertes pour chacune des origines physiques. L’objectif de ce travail est d’effectuer cette modélisation thermique adaptée au dimensionnement d’un alternateur à griffes auto-ventilé. Nous proposons un modèle nodal à 16 noeuds, tenant compte de tous les modes de transfert de la chaleur dans les trois directions de l’espace. Celui-ci est implémenté sous Matlab et vérifié numériquement à l’aide du logiciel LT-Spice. Des mesures à l’arrêt permettent également de le valider expérimentalement en régime établi. Les principales difficultés concernent, entre autres, la détermination non linéaire précise de 15 conductances équivalentes variables avec la température. Nous proposons pour cela d’identifier d’abord 3 coefficients d’échanges thermiques par convection libre, dans les cavités et sur la surface extérieure, et 1 coefficient de conduction au niveau des roulements. Il est possible de déduire toutes les conductances inconnues de ces 4 paramètres physiques caractérisés.

o Calcul analytique du potentiel et du champ magnétostatique créés par un aimant

permanent de forme polyédrique uniformément aimanté.

Christophe RUBECK, Jean-Paul YONNET, Benoit DELINCHANT, Olivier CHADEBEC G2ELab - UMR 5269 INPG/UJF/CNRS, BP 46, 38402 Saint Martin d’Hères Cedex, France

Résumé : Ce papier présente une méthode de calcul analytique du potentiel scalaire et du champ magnétostatique créés par un aimant permanent de forme polyédrique aimanté uniformément. Le modèle coulombien permet de calculer le potentiel et le champ magnétostatique via une intégration surfacique. Cependant cette intégration sur un polygone quelconque n’est pas triviale. Une solution analytique dans le cas particulier du triangle rectangle a été développée. La méthode présentée ici est basée

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sur une décomposition géométrique du polygone en triangles rectangles. Les solutions associées aux triangles rectangles étant connues, il est alors possible de calculer le potentiel et le champ magnétostatique sur un aimant de forme polyédrique quelconque.

o Résolution analytique de la distribution des courants induits dans une plaque

rectangulaire soumise à un flux magnétique variable et déduction des pertes instantanées par courants de Foucault

Ando Tiana RAMINOSOA, Christian CHILLET, Marylin FASSENET, Jean-Paul YONNET Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (G2ELab) - Grenoble INP – Université Joseph Fourier – CNRS UMR 5269

Résumé : Les pertes instantanées par courants de Foucault dans une plaque rectangulaire, lorsqu’elle est soumise à un flux magnétique variable dans le temps, ont été calculées de manière analytique ou semianalytique. Pour cela, la répartition des courants de Foucault a été déterminée à partir de l’équation de diffusion de l’induction magnétique. Les conditions aux limites sont adaptées pour traduire le fait que c’est le flux magnétique est imposé. La résolution analytique est effectuée en appliquant le théorème de Duhamel, largement utilisé en conduction thermique. Nous étudions ici un actionneur linéaire en forme de E, comportant une palette mobile massive. Les courants de Foucault sont déterminés dans les zones de la palette où les lignes de champ sont rectilignes. L’intérêt d’utiliser le flux magnétique avec des conditions aux limites, réside dans le fait que c’est une grandeur globale et qu’il est plus facilement accessible que le champ magnétique local.

o Modélisation analytique des machines linéaires planes et des machines à flux

axial à encoches semi-fermées et à aimants insérés en surface

Huguette TIEGNA, Adel BELLARA, Yacine AMARA, Georges BARAKAT GREAH (Université du Havre)

Résumé : Cette communication présente une modélisation analytique, basée sur la résolution des équations de Maxwell dans les zones à faible perméabilité (encoches, entrefer et aimants permanents), permettant de prédire la distribution de l’induction à vide et en charge pour les machines linéaires à entrefers plans et les machines à flux axial à encoches semifermées et à aimants insérés en surface. Une comparaison à des résultats issus de calculs par éléments finis valide la modélisation proposée.

o Modélisation circuit d'une machine série à collecteur mécanique

Raphael ANDREUX 1-2, Julien FONTCHASTAGNER 1, Noureddine TAKORABET1, Nicolas LABBE 2, Aurélien VAUQUELIN 3 1 GREEN - ENSEM 2 Valeo Equipement Electrique Moteur 3 Eracles-Technology SAS

Résumé : Le développement du "Micro-Hybride" dans le secteur automobile avec l'application "Stop-Start" connaît un essor considérable. Un démarreur dit "renforcé" est capable d'offrir cette nouvelle fonctionnalité en plus du démarrage classique à froid. Il est donc primordial d'étudier avec précision le comportement électrique du démarreur notamment lors de la commutation et ce, afin de limiter la dégradation des balais et d’assurer la fonctionnalité "Stop-Start" durant toute la durée de vie du véhicule. De plus, son utilisation se faisant sur batterie, les courants à inverser sont importants, rendant ainsi la commutation difficile et fortement liée aux performances. Cet article présente une méthode de modélisation basée sur un modèle circuit avec régime transitoire et changement de topologie dont les paramètres sont déterminés par un calcul de champ interne utilisant la méthode des éléments finis. L'objectif est la connaissance de la répartition des courants dans les sections de l'induit au cours du temps et le calcul des performances électromagnétiques du démarreur.

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o Modélisation des machines à aimants permanents en présence de défauts inter-spires

Nicolas LEBOEUF, Thierry BOILEAU, Babak NAHID-MOBARAKEH, Noureddine TAKORABET, Farid MEIBODY-TABAR, Guy CLERC 1 Laboratoire GREEN 1 Laboratoire Ampère, Université Claude Bernard Lyon

Résumé : L'objectif de ces travaux est de modéliser une machine synchrone à aimants permanents (MSAP) en présence de défauts inter-spires. De nombreux travaux ont déjà proposé des approches sur ce type de défaut pour des machines asynchrones et synchrones moyennant un certain nombre d'hypothèses. Ici, le but est d'obtenir un modèle suffisamment précis afin de caractériser au mieux le comportement de la machine en présence de défaut impliquant des spires, bobines ou phases avec un temps de calcul raisonnable. L'approche développée dans ce travail repose dans un premier temps sur l'utilisation d'un réseau de perméances (RDP) permettant l'identification de différents paramètres en tenant compte de la saturation, des fuites et des principaux harmoniques d'espace. Dans un deuxième temps, ces paramètres peuvent être intégrés dans un modèle global simulant la dynamique de la machine et du système électrique complet en présence de ce type de défaut. Un tel modèle peut être alors utilisé afin de concevoir et évaluer des méthodes de détection de défaut appropriées.

o Modélisation des pertes dans les aimants dans les machines à aimants

permanents : influence de la segmentation des aimants

Sisuda CHAITHONGSUK 1-2, Daniel Depaula DOS SANTOS 3, Noureddine TAKORABET 1, Farid MEIBODY-TABAR 1

1 Nancy Université INPL GREEN France 2 Rajamangala University of Technology Suvarnabhumi, Nonthaburi – Thailand 3 Universidade Federal de Viçosa, DEP, Viçosa – MG- Brazil

Résumé : Cet article traite du calcul des pertes Joule induites dans les aimants dues à la réaction d’induit dans les machines synchrones à aimants permanents. Le modèle est basé sur l’analyse spectrale du champ de réaction d’induit via sa source. Le modèle utilise la transformée de Fourrier Discrète (TFD) des ampères-tours dans les encoches dans un calcul champ en magnéto-harmonique permettant de déterminer les pertes dues à chaque harmonique séparément. Ce modèle est utilisé pour évaluer l’impact de la segmentation des aimants sur les pertes dans les aimants.

o Étude vibro-acoustique de machines synchrones à aimants à bobinage dentaire

Mathias FAKAM, Michel HECQUET, Vincent LANFRANCHI, Pascal BROCHET, Andry RANDRIA Ecole centrale de Lille - Alstom transport

Résumé : Cet article présente des résultats de simulations vibro-acoustique pour une machine à bobinage dentaire 10 pôles / 12 encoches équipée d’un rotor SPM (Surface Permanent Magnet). La machine répond à un cahier des charges type traction électrique. L’analyse du bruit d’origine électromagnétique, qui est pertinente pour des basses vitesses, devient une étape nécessaire dès la conception. Dans un premier temps, cet article justifie l’orientation vers l’usage des machines à bobinage dentaire. Ensuite, il détaille les méthodes d’analyse utilisées pour la détermination du bruit. La première méthode consiste à réaliser par éléments finis le calcul électromagnétique couplée à un module de calcul analytique mécano-acoustique, et la deuxième méthode réalise des calculs électromagnétiques via un Modèle à Constantes Localisées (MCL) couplé au même module mécano-acoustique. Une première validation est présentée dans le but d’évaluer la capacité du MCL à proposer un modèle comportemental satisfaisant, nécessaire à l’étude vibro-acoustique.

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o Calcul Rapide des Pertes Fer Supplémentaires Dans Les Moteurs Asynchrones (MAS) en Alimentation par MLI

Grégory GAULTIER 1, Fréderic DUBAS 1, Bénali BOUALEM 2,Christophe ESPANET 1

1 Département ENISYS, UFC, Institut FEMTO-ST, UMR 6174 CNRS, F-90010 Belfort, France 2 Alstom Transport, F-25290 Ornans, France

Résumé : Ce travail intervient dans le cadre des moteurs asynchrones (MAS) alimentés en courant quelconque (sinusoïdale, pleine onde, par MLI…). Il repose sur la pré-connaissance des courants d’alimentation par phase (mesures, simulations…). Nous avons défini un formalisme d’écriture permettant de relier les pertes fer par courants de Foucault (dans les culasses et dents statoriques et rotoriques) aux courants d’alimentation. Nous en avons déduit des méthodes de comparaison de pertes fer selon le type de courant d’alimentation. Nous avons appliqué ces méthodes pour estimer les pertes fer locales et totales dans un MAS, en les comparant à celles produites par l’action seule du fondamental du courant de phase.

o Optimisation multi-objectif sous contraintes multi-physiques d’une machine

synchrone à aimants permanents utilisant des modèles à constantes localisées

Nicolas BRACIKOWSKI, Michel HECQUET, Pascal BROCHET Université Lille Nord de France - EC Lille - L2EP

Résumé : Afin de définir une conception optimale d’un système électromécanique, celui-ci doit intégrer des contraintes toujours plus drastiques et de nombreux phénomènes physiques issus de : l’électromagnétique, l’aérothermique, l’électronique, la mécanique et l’acoustique. L’originalité de ce papier est de proposer une modélisation multi-physique pour la conception reposant sur des modèles à constantes localisées : solution intermédiaire entre la modélisation analytique et numérique. Ces différents modèles permettront l’étude et la conception sous contraintes d’une machine synchrone à aimants permanents dédiée pour la traction ferroviaire. Les résultats de simulations seront comparés à des résultats éléments finis mais aussi à des essais expérimentaux. Ce modèle multi-physique est entièrement paramétré afin d’être associé à des outils d’optimisation. On utilisera ici une optimisation par essaim de particules pour chercher des compromis entre différents objectifs sous forme de Front de Pareto. Dans ce papier, nous ciblerons les objectifs suivants : le couple d’origine électromagnétique et le bruit d’origine électromagnétique. Finalement une étude de sensibilité valide la robustesse de la conception retenue quand celle-ci est soumise aux contraintes de fabrication. L’objectif étant de poser les bases d’un outil d’aide à la décision pour le choix d’une machine électrique.

o Étude de dimensionnement des moyens de productions énergétiques

renouvelables pour l'alimentation des auxiliaires des Installations Fixe de Traction Ferroviaire Electrique

Julien POUGET 1, Gérôme VRIGNAUD 2, Laurent ZIMMERMANN 3, Fabien MOLLET 3, Christophe SAUDEMONT 3, Benoit ROBYNS 3 1 SNCF Direction de l’Innovation et de la Recherche. 2 SNCF Direction de l’ingénerie 2 Ecole des Hautes Etudes d’Ingénieur - Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille

Résumé : Cet article est une première initiative pour l’application d’une démarche de maîtrise de l’énergie, notamment par l’intégration de sources de production d’énergies renouvelables et de stockage au sein des Installations Fixes de Traction Electrique en France. Cette étude présente différentes associations de moyen de production et de stockage d’énergie visant à définir une nouvelle architecture énergétique autonome. L’objectif est ainsi d’évaluer d’un point de vue technique par le dimensionnement de l’installation, et économique, l’intérêt d’une sous-station à

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Consommations Auxiliaires Nulles « CAN » [1]. Une validation du dimensionnement de l’installation de production et de stockage d’énergie est réalisée par un laboratoire de recherche [2]. Cette réflexion technique et économique apporte une contribution significative en vue d'une généralisation sur le Réseau Ferré National.

o Modeling and Optimal Sizing of PV/Wind/Diesel System

Lu ZHANG, Georges BARAKAT Groupe de Recherche en Electrotechnique et Automatique du Havre

Résumé : L’objectif de cet article est de développer une méthodologie pour optimiser le dimensionnement de quatre types de systèmes hybrides (PV-Eolien-Diesel-Batterie, PV-Eolien-Diesel, PV-Diesel-Batterie, Eolien-Diesel-Batterie). L’approche développée dans cet article propose une méthode déterministe de déterminer les nombres optimaux et les types des composants des différents systems hybrides permettant de minimiser le coût total du système afin de pouvoir fournir au consommateur l’énergie dont il a besoin. Le modèle d’optimisation est basé sur des données horaires de la radiation solaire, de la vitesse du vent et de la température ambiante récoltées sur une durée de cinq ans du Havre en France. Finalement, nous présentons les résultats optimals obtenus et les simulations du system hybride sur une durée de cinq ans.

o Étude par la simulation du comportement dynamique d'un système de pompage

photovoltaïque

Gilles AGBOKPANZO 1, Théophile HOUNGAN 1, Semiyou A.ADEDJOUMA 1, Christophe ESPANET 2, Come GOUDJO 1. 1 Université d'Abomey-Calavi (UAC)

2 Université de Franche comte

Résumé : L’objectif du présent travail est d’étudier par la simulation sous MATLAB/SIMULINK le comportement dynamique d’un système de pompage composé d’un générateur photovoltaïque, d’un onduleur, d’un moteur à induction et d’une pompe centrifuge. Le modèle global du système est bouclé : la sortie tension du GPV est couplée à l’entrée tension de l’ensemble convertisseur-moteur ; la sortie courant du moteur est couplée à l’entrée courant du GPV. Le modèle retenu pour le GPV est du type analytique exponentiel. L’onduleur, à commande MLI, est modélisé en supposant que les interrupteurs sont parfaits. Le moteur à induction utilise le modèle dynamique classique dans le référentiel orthogonal dq de Park : cela permet d’utiliser comme tension et courant en relation avec le GPV les grandeurs du référentiel dq. Des résultats de simulations en régime transitoire démontrent le fonctionnement du modèle complet. Ce modèle est la première étape vers le dimensionnement optimal global d’un système complet permettant d’alimenter en eau une maison ou un groupe de maisons.

o Les Compresseurs d’Air pour l’Alimentation des PEMFC

Samir JEMEI, Christophe ESPANET, Daniel HISSEL, Marie-Cécile PERA Université de Franche-Comté, FEMTO-ST UMR CNRS 6174

Résumé : L’utilisation de la Pile à Combustible (PAC) de type Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) dans une chaîne de traction d’un véhicule électrique est une solution porteuse d’espoir car elle promet à terme une pollution in situ proche de zéro. Néanmoins, la PAC doit, pour fonctionner, être associée à des équipements auxiliaires. Or, ces auxiliaires peuvent représenter une dépense énergétique de l’ordre de 20 %. Parmi ces auxiliaires, le compresseur d’air représente à lui seul environ 80 % de ces 20 %. Tout gain de rendement réalisé sur ce composant est répercuté directement sur le système PAC dans son ensemble. Dès lors, la gestion de l’air des piles à combustible fait partie des défis à relever permettant à la technologie PAC de devenir mûre, notamment pour le domaine automobile. Les objectifs de cette étude sont ici de comparer dans un premier temps les différentes solutions possible de compression et de réaliser une analyse comparative en fonction de critères de qualité

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propres à l’alimentation en air des PEMFC. Dans un second temps, deux technologies de compresseurs sont caractérisées expérimentalement sur banc de test.

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EXPOSANTS INDUSTRIELS

Depuis la génération d’énergie à sa conversion finale, CEDRAT développe et commercialise une gamme d’outils de simulation pour la conception, l’analyse et l’optimisation de systèmes dans le domaine de l’ingénierie électrique. Afin de répondre aux besoins de ses clients, CEDRAT se focalise sur leurs objectifs constants d’efficacité énergétique, de réduction des coûts et de « Smart grids ».

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INDEX DES AUTEURS A A.ADEDJOUMA Semiyou .................................................................................................................... 33 ABDELLI Abdenour .............................................................................................................................. 16 AGBOKPANZO Gilles .......................................................................................................................... 33 AIT-AMAR Sonia .................................................................................................................................. 15 ALVAREZ Ignacio ................................................................................................................................ 23 AMARA Yacine ............................................................................................................................... 16, 30 ANDREUX Raphael .............................................................................................................................. 30 ARLOT Richard ....................................................................................................................................... 9 ASTIER Stéphan .............................................................................................................................. 19, 19 ATTRAZIC Emmanuel .......................................................................................................................... 14 AUBRY Judicaël .................................................................................................................................... 20

B BA Oumar .............................................................................................................................................. 21 BACHA Seddik ...................................................................................................................................... 11 BARAKAT Abdallah ............................................................................................................................. 20 BARAKAT Georges ........................................................................................................................ 30, 33 BARBEDETTE B. ................................................................................................................................. 26 BARRUEL Franck ................................................................................................................................. 13 BARTHOLOMEÜS Patrick ................................................................................................................... 26 BAUDART François .............................................................................................................................. 13 BEDJA Koffi .......................................................................................................................................... 27 BELGRAND Thierry ............................................................................................................................. 14 BELHADJ Jamel .............................................................................................................................. 21, 21 BELHADJI Lakhdar............................................................................................................................... 11 BELINGER Antoine .............................................................................................................................. 18 BELLARA Adel ..................................................................................................................................... 30 BELLON Marc ....................................................................................................................................... 18 BELLY Christian ................................................................................................................................... 10 BELOUDA Malec .................................................................................................................................. 21 BEN AHMED Hamid ...................................................................................................................... 20, 25 BEN ALI Ines ......................................................................................................................................... 21 BEN RHOUMA Amine ......................................................................................................................... 21 BENBOUZID Mohamed .................................................................................................................. 12, 23 BERBECEA Alexandru ......................................................................................................................... 13 BERGER Kévin ....................................................................................................................................... 9 BERNARD Robert ................................................................................................................................. 27 BERNARD Yves .................................................................................................................................... 23 BERTHOLD Florence ............................................................................................................................ 26 BERTHON Alain ................................................................................................................................... 21 BESSON Christophe .............................................................................................................................. 24 BÉTHOUX Olivier .......................................................................................................................... 12, 19 BLAQUIÈRE Jean-Marc ................................................................................................................. 28, 29 BLUNIER Benjamin ........................................................................................................................ 26, 28 BOILEAU Thierry ................................................................................................................................. 31 BONNIN Xavier .................................................................................................................................... 29 BOUALEM Benali ....................................................................................................................... 8, 18, 32 BOUCHER Vincent ............................................................................................................................... 15 BOUQUAIN David ................................................................................................................................ 26 BOUSCAYROL Alain ........................................................................................................................... 14 BOUZID Monia ..................................................................................................................................... 12 BRACIKOWSKI Nicolas....................................................................................................................... 32 BRICENO VICENTE Wendy Carolina ................................................................................................. 10 BRISSET Stéphane ................................................................................................................................ 13

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BROCHET Pascal ............................................................................................................................ 31, 32 BRU Eric .......................................................................................................................................... 19, 28 BRUDNY Jean Francois ........................................................................................................................ 14 BUTTERBACH Stéphane ...................................................................................................................... 11

C CAIRE Raphael ................................................................................................................................ 10, 25 CAMBRONNE Jean-Pascal ................................................................................................................... 18 CANTEGREL Martin ............................................................................................................................ 13 CAROLINA Wendy ............................................................................................................................... 25 CARON Hervé ......................................................................................................................................... 8 CARUANA Daniel ................................................................................................................................ 18 CASSAT Alain ......................................................................................................................................... 9 CHADEBEC Olivier ........................................................................................................................ 17, 29 CHAITHONGSUK Sisuda..................................................................................................................... 31 CHAMPENOIS Gérard .............................................................................................................. 11, 12, 20 CHANEDEAU Gwladys ........................................................................................................................ 24 CHARBONNIER Loic ........................................................................................................................... 29 CHARIH Fouad ...................................................................................................................................... 23 CHARON Willy ..................................................................................................................................... 10 CHARPENTIER Jean Frédéric ........................................................................................................ 12, 23 CHERON Yvon ........................................................................................................................................ 8 CHETANGNY Koffi Patrice ................................................................................................................. 27 CHILLET Christian ................................................................................................................................ 30 CHOCRON Olivier ................................................................................................................................ 24 CHOQUEUSE Vincent .......................................................................................................................... 12 CLAVEL Edith ................................................................................................................................ 17, 18 CLERC Guy ........................................................................................................................................... 31 COQUERY Gérard..................................................................................................................... 11, 12, 19 COUDERC Mathieu............................................................................................................................... 13 COULOMB Jean-Louis ......................................................................................................................... 16

D DAGUSÉ Benjamin ............................................................................................................................... 22 DANG Thu Thuy ................................................................................................................................... 25 DARRAS Christophe ............................................................................................................................. 19 DAVID Yann ......................................................................................................................................... 19 DE ANDRADE André ........................................................................................................................... 13 DE BERNARDINIS Alexandre ....................................................................................................... 12, 19 DE VIRON Laetitia ................................................................................................................................ 13 DELBAERE Michaël ............................................................................................................................... 9 DELINCHANT Benoit........................................................................................................................... 29 DEMIAN Christian ................................................................................................................................ 14 DÉMIRJIAN Razmik ............................................................................................................................. 16 DEPERNET Daniel .......................................................................................................................... 18, 21 DESEVAUX Philippe ............................................................................................................................ 17 DESSANTE Philippe ....................................................................................................................... 22, 26 DIALLO Demba .................................................................................................................................... 28 DJEBBARI Sofiane ................................................................................................................................ 23 DOGAN Husseïn .................................................................................................................................... 22 DOS SANTOS Daniel Depaula ............................................................................................................. 31 DOUINE Bruno ........................................................................................................................................ 9 DUBAS Frédéric ........................................................................................................................ 18, 23, 32 DUCHATEAU Jean-Luc ......................................................................................................................... 9

E EL BOUCHKHI El Houssin .................................................................................................................. 12

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EL-KADRI-BENKARA Khadija ..................................................................................................... 16, 29 ESPANET Christophe .................................................................................. 10, 14, 17, 18, 23, 32, 33, 33

F FAKAM Mathias .................................................................................................................................... 31 FASSENET Marylin .............................................................................................................................. 30 FOGGIA Albert ................................................................................................................................ 16, 22 FONTCHASTAGNER Julien ................................................................................................................ 30 FONTES Guillaume ............................................................................................................................... 19 FORGEZ Christophe .............................................................................................................................. 11 FRANCOIS Pierre .................................................................................................................................. 25 FRAPPE Emmanuel ............................................................................................................................... 19 FRIEDRICH Guy ............................................................................................................................. 16, 29 FRUGIER Didier .................................................................................................................................... 18

G GABSI Mohamed ................................................................................................................................... 16 GAILLY Frédéric ................................................................................................................................... 19 GALLOT-LAVALLEE Olivier ............................................................................................................. 27 GARBUIO Lauric ............................................................................................................................ 16, 22 GAUBERT Jean-Paul....................................................................................................................... 11, 24 GAULTIER Grégory .............................................................................................................................. 32 GHERARDI Nicolas .............................................................................................................................. 29 GILLON Frédéric ................................................................................................................................... 13 GIMENO A. ........................................................................................................................................... 29 GIURGEA Stefan ................................................................................................................................... 10 GOUDJO Come ..................................................................................................................................... 33 GUEMARD Sylvain .............................................................................................................................. 23 GUICHON Jean-Michel ......................................................................................................................... 17 GUSTIN Frédéric ................................................................................................................................... 10 GUTFRIND Christophe ......................................................................................................................... 26

H HADJSAID Nouredine..................................................................................................................... 10, 25 HAESSIG Pierre .................................................................................................................................... 20 HARDY Pierrick .................................................................................................................................... 18 HAREL Fabien ....................................................................................................................................... 19 HARIRI Hassan ...................................................................................................................................... 27 HECQUET Michel ........................................................................................................................... 31, 32 HEYBERGER Laurent............................................................................................................................. 9 HIBON Samuel ........................................................................................................................................ 8 HISSEL Daniel ................................................................................................................................. 19, 33 HLIOUI Sami ......................................................................................................................................... 16 HOGUET Jean-Christophe ..................................................................................................................... 19 HOUNDEDAKO Sossou ....................................................................................................................... 27 HOUNGAN Théophile........................................................................................................................... 33

I IVANOV Sergiu ..................................................................................................................................... 13

J JACOBS Sigrid ...................................................................................................................................... 14 JANIAUD Noelle ................................................................................................................................... 22 JAOUEN Cédric ............................................................................................................................... 13, 20 JAZZAR Ali ........................................................................................................................................... 17 JEMEI Samir .......................................................................................................................................... 33

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K KADRI Riad ........................................................................................................................................... 11 KÉBÉ Abdoulaye ................................................................................................................................... 28 KIEFFER Christophe ............................................................................................................................. 10 KOLLI Abdelfatah ................................................................................................................................. 12 KÜTTLER Sulivan ................................................................................................................................ 16

L LABBE Nicolas ................................................................................................................................ 16, 30 LABOURÉ Éric ..................................................................................................................................... 12 LABRIQUE Francis ............................................................................................................................... 13 LADOUX Philippe ................................................................................................................................... 8 LALLEMAND Richard ......................................................................................................................... 12 LANFRANCHI Vincent......................................................................................................................... 31 LEBOEUF Nicolas ................................................................................................................................. 31 LECLERC Julien ...................................................................................................................................... 9 LECRIVAIN M. ..................................................................................................................................... 16 LEMOIGNE Phillippe ............................................................................................................................ 26 LÉVÊQUE Jean ....................................................................................................................................... 9 LOBRY Jacques ..................................................................................................................................... 25 LORANG Xavier ................................................................................................................................... 18 LOUGHLIMI Radouane ........................................................................................................................ 25 LOUSSERT Guillaume ............................................................................................................................ 9

M MALOBERTI Olivier ............................................................................................................................ 29 MANGEL Hervé .................................................................................................................................... 24 MARCHAND Claude ...................................................................................................................... 19, 28 MARÉCHAL Yves ................................................................................................................................ 16 MATTHIEU Jaccard .............................................................................................................................. 24 MEIBODY-TABAR Farid ............................................................................................................... 31, 31 MEUNIER Gérard ............................................................................................................................ 17, 18 MIRAOUI Abdellatif ....................................................................................................................... 26, 28 MOINE Gérard ....................................................................................................................................... 20 MOLLET Fabien .................................................................................................................................... 32 MOUNI Emile ........................................................................................................................................ 20 MORIN Benoit ....................................................................................................................................... 28 MOSSER Franck .................................................................................................................................... 28 MULOT Jérome ..................................................................................................................................... 19 MULTON Bernard ..................................................................................................................... 13, 20, 25 MUSELLI Marc ..................................................................................................................................... 19

N NAHID-MOBARAKEH Babak ............................................................................................................. 31 NAUDE Nicolas ..................................................................................................................................... 29 NEDJAR Boumedyen ............................................................................................................................ 16 NGUYEN Trung-Son ............................................................................................................................. 17 NIKKOLA Petri ..................................................................................................................................... 24

P PERA Marie-Cécile .......................................................................................................................... 19, 33 PERA Thierry ......................................................................................................................................... 23 PETIT André .......................................................................................................................................... 15 PETREA Lucian ..................................................................................................................................... 14 PHRAKHONKHAM Sengprasong ........................................................................................................ 28

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PINTON Eric .......................................................................................................................................... 19 PIQUET Hubert ...................................................................................................................................... 29 PLANTEVIN Michel ............................................................................................................................. 19 POGGI Philippe ..................................................................................................................................... 19 POUGET Julien ...................................................................................................................................... 32 PREVOND Laurent ................................................................................................................................ 25

R RAIN Pascal ..................................................................................................................................... 15, 27 RALLIERES Olivier ........................................................................................................................ 19, 28 RAMBAULT Laurent ............................................................................................................................ 24 RAMINOSOA Ando Tiana .................................................................................................................... 30 RANDI Sid Ali ....................................................................................................................................... 22 RANDRIA Andry ............................................................................................................................ 17, 31 RAVEY Alexandre................................................................................................................................. 28 RAZEK Adel .......................................................................................................................................... 27 REMY Ghislain ...................................................................................................................................... 28 RIZOUG Nassime .................................................................................................................................. 26 ROBOAM Xavier ...................................................................................................................... 13, 21, 28 ROBYNS Benoit .................................................................................................................................... 32 ROGER Daniel ....................................................................................................................................... 15 ROYE Daniel ......................................................................................................................................... 11 ROZE Michel ......................................................................................................................................... 10 RUBECK Christophe ............................................................................................................................. 29 RUELLAN Marie ................................................................................................................................... 25 RUELLAND Rélis ................................................................................................................................. 13

S SADARNAC D. ..................................................................................................................................... 26 SADOUN Redha .................................................................................................................................... 26 SARENI Bruno ................................................................................................................................ 13, 21 SAUDEMONT Christophe .................................................................................................................... 32 SAVIN Serghei ...................................................................................................................................... 15 SCHLUPP Pierre .................................................................................................................................... 15 SOUALMI Abdessamed ........................................................................................................................ 17 SOUGH Mohand .................................................................................................................................... 18

T TAKORABET Noureddine ........................................................................................................ 30, 31, 31 THIAUX Yaël ........................................................................................................................................ 20 THIBAULT Christophe ......................................................................................................................... 19 THIERY Michel ..................................................................................................................................... 15 THIROUARD Benoist ........................................................................................................................... 16 THOMAS Jean-Luc ............................................................................................................................... 22 TIEGNA Huguette ................................................................................................................................. 30 TISSIER Jean-François .......................................................................................................................... 24 TNANI Slim ........................................................................................................................................... 20 TRAN Tung ............................................................................................................................................ 27 TRIGUI Rochdi ...................................................................................................................................... 14 TRIPOT Gérard ...................................................................................................................................... 27 TURKI Mehdi ........................................................................................................................................ 21 TURPIN Christophe ................................................................................................................... 19, 19, 28

V VALLÉE Francois .................................................................................................................................. 25 VAN HOECKE Dennis .......................................................................................................................... 14

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VANGRAEFSCHEPE Franck ............................................................................................................... 16 VANNIER Jean-Claude ................................................................................................................... 22, 26 VAUDREY Alexandre ........................................................................................................................... 17 VAUQUELIN Aurélien ......................................................................................................................... 30 VERSELE Christophe ............................................................................................................................ 25 VIALARDI Enrico ................................................................................................................................. 17 VICENTE Briceno ................................................................................................................................. 25 VIDAL Pierre ................................................................................................................................... 22, 26 VIDO Lionel .......................................................................................................................................... 16 VINCENT Benjamin .............................................................................................................................. 17 VRIGNAUD Gérôme ............................................................................................................................. 32 VULTURESCU Bogdan ........................................................................................................................ 11

W WEBER Bastien ..................................................................................................................................... 14 WILLIAMSON Sheldon ........................................................................................................................ 26 WURTZ Frédéric ................................................................................................................................... 22

Y YONNET Jean-Paul ......................................................................................................................... 29, 30

Z ZHANG Lu ............................................................................................................................................ 33 ZIMMERMANN Laurent ...................................................................................................................... 32