Génératrice à réluctance variable connectée au réseau alternatif monophasé pour une application éolienne

Nous avons présenté dans ce travail le contrôle de la Génératrice à Réluctance Variable (GRV) connectée au réseau alternatif monophasé pour une application éolienne. La régulation de la vitesse de rotation est assurée par le convertisseur coté génératrice et le couple est imposé par la machine à courant continu utilisée ici pour simuler la turbine éolienne. La connexion de la génératrice au réseau est réalisée par un convertisseur DC-AC qui assure le maintien de la tension du bus DC par un correcteur PI. Un correcteur résonant est utilisé pour suivre la consigne de courant sinusoïdale.Peer ReviewedPostprint (published version

Mires: travail de bachelor : diplôme 2016

Dans le monde de la recherche scientifique et médicale, il est aujourd’hui courant d’utiliser des rats et des souris pour mener diverses expériences. Pour recueillir différentes données sur ces animaux, ceux‐ci sont reliés en permanence à des câbles, ce qui diminue grandement le confort de l’animal, ainsi que celui du personnel lorsqu’ils doivent déplacer les sujets. Ainsi, un premier projet a été réalisé. Celui‐ci se penchait sur la réalisation d’une carte miniature ayant pour but d’être implantée dans les rats. Cette carte devait permettre l’envoi de données par Bluetooth® Low Energy et est alimentée par de petites batteries. Néanmoins, l’utilisation de batteries présente des désavantages majeurs : Le débit est grandement limité et la durée de vie totale du système est réduite. De ce constat est né le projet actuel. Celui‐ci a pour but de supprimer totalement le système d’alimentation par batterie et de le remplacer par une alimentation sans fil

Interféromètre de type Mach-Zehnder en silicium poreux : application aux biocapteurs

International audienceDans cette étude est présentée la réalisation et la caractérisation d'un guide d'ondes optique enterré et anti-résonant à base de silicium poreux. Ce guide d'ondes est intégré dans une structure interférométrique de type Mach-Zehnder qui sera utilisée pour une application de biodétection. Les simulations et les caractérisations optiques montrent clairement le guidage monomode ainsi que le caractère anti-résonant des guides d'ondes enterrés

Optimisation de la récupération d'énergie dans les applications de rectenna

Les progrès réalisés durant ces dernières années dans le domaine de la microélectronique et notamment vis-à-vis de l augmentation exponentielle de la densité d intégration des composants et des systèmes a participé activement à l apparition et au développement de systèmes portables communicants de plus en plus performants et polyvalents. La R&D dans les technologies de stockage d énergie n a pas suivi cette tendance d évolution très rapide ; ce qui constitue un handicap majeur dans les évolutions futures des systèmes portables. La transmission d énergie sans fils sur des distances considérables (plusieurs dizaines de mètres) grâce aux microondes constitue une solution très prometteuse pour pallier aux problèmes d autonomie dans le cas des systèmes sans fils communicants. De plus, du fait de l omniprésence des ondes électromagnétiques dans notre environnement avec des niveaux plus ou moins importants, la récupération et l exploitation de cette énergie libre est également possible. La rectenna (Rectifying Antenna) est le dispositif permettant de capter et de convertir une onde électromagnétique en une tension continue. Plusieurs travaux de thèse axés sur l étude et l optimisation de la rectenna ont été réalisés au sein du laboratoire. Ces travaux avaient montré que pour des faibles niveaux de champs les tensions délivrées par la rectenna sont généralement très faibles et inexploitables. Aussi, comme la majorité des micro-sources d énergie et à cause de son impédance interne, les performances de la rectenna dépendent fortement de sa charge de sortie. Ainsi, le développement d un système d interfaçage de la rectenna est nécessaire afin de pallier ces manquements inhérents du convertisseur RF/DC. Ce genre de système d interfaçage est généralement absent dans la littérature à cause des faibles niveaux de puissance exploités. Par conséquent, la rectenna est très souvent utilisée tel quelle ; ce qui limite fortement le champ applicatif. Dans ce projet de recherche, un système de gestion énergétique de la rectenna complètement autonome a été conçu, développé et optimisé afin de garantir les performances optimales de la rectenna quelques soient les fluctuations de la puissance d entrée et celles de la charge de sortie. Le circuit d interfaçage permet également de fournir à la charge des niveaux de tension utilisables. Le système réalisé est basé tout d abord sur l utilisation d un convertisseur DC/DC résonant pouvant fonctionner d une manière complètement autonome à partir de niveaux très bas de la tension et de la puissance de la source. Ce convertisseur permet donc de garantir l autonomie du système en éliminant la nécessité d une source d énergie auxiliaire. A cause de ses faibles performances énergétiques, ce convertisseur ne sera utilisé que durant la phase de démarrage. L efficacité du système en termes de rendement énergétique et d adaptation d impédance est garantie grâce à l utilisation d un convertisseur Flyback fonctionnant dans son régime de conduction discontinu. Ainsi, une adaptation d impédance très efficace est réalisée entre la rectenna et la charge de sortie. Ce convertisseur principal fonctionnera durant le régime permanent. Les deux convertisseurs ont été optimisés pour des niveaux de tension et de puissance aussi bas que quelques centaines de mV et quelques W respectivement. Des mesures expérimentales réalisées sur plusieurs prototypes ont démontré le bon fonctionnement et les excellentes performances prédites par la procédure de conception ; ce qui nous permet de valider notre approche. De plus, les performances obtenues se distinguent parfaitement vis-à-vis de l état de l art. Enfin, en fonction de l application désirée, plusieurs synoptiques d association des deux structures sont proposés. Ceci inclut également la gestion énergétique de la charge de sortie.Latest advancements in microelectronic technologies and especially with the exponential increase of components and devices integration density have yield novel high technology and polyvalent portable systems. Such polyvalent communication devices need more and more available energy. Nonetheless, research in energy storage technology did not evolve with a similar speed. This constitutes a substantial handicap for the future evolution of portable devices. Wireless energy transfer through large distances such as tens of meters using microwaves is a very promising solution in order to deal with the autonomy problem in portable devices. In addition, since electromagnetic waves are ubiquitous in our environment, harvesting and using this free and available energy is also possible. Rectenna (Rectifying Antenna) is the device that allows to collect and to convert an electromagnetic wave into DC power. Several thesis research projects focusing on studying and optimizing the rectenna was carried-out into the Ampere laboratory. It has been shown that for a low level of the electromagnetic field the voltage provided by the rectenna is ultra-low and thus impractical. Further, as it is the case for the majority of energy harvesting micro-sources, the performances of the rectenna depend highly with the loading conditions. So, the development of an interfacing circuit for the rectenna is a necessary task in order to relieve the RF/DC converter inherent flaws. As it is pointed out into the literature, such power management circuit is in most cases absent due to the ultra-low power levels. In most cases, the rectenna is used as it; which reduces strongly the applications area. Within this research project, an ultra-low power and fully-autonomous power management system dedicated to rectennas was developed and optimized. It allows to guarantee highest performances of the rectenna whatever are the fluctuation of the input power level and the output load conditions. In addition, this power management system allows to provide a conventional voltage level to the load. The first part of the developed system is composed by a resonant DC/DC converter which plays the role of start-up circuit. In this case, no external energy source is required even with low voltage and ultra-low power source conditions. Because of its general poor energetic performances, this resonant converter will be used only during the start-up phase. The second part of the developed system is composed by a Flyback converter operating in its discontinuous conduction mode. Using this mode, the converter realizes static and very effective impedance matching with the rectenna in order to extract the maximum available power whatever are the input and the output conditions. Furthermore, thanks to the optimization procedure, the converter shows excellent efficiency performances even for W power levels based on a discrete demonstrator. Finally, the converter provides conventional voltage levels allowing to power standard electronics. Experimental tests based on discrete prototypes for the both converters show distinguish results for the start-up voltage, the impedance matching effectiveness and the efficiency as regard to the state of the art. 6LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Evaluation de la fiabilité d'un générateur à rayons X pour application médicale

Medical imaging systems, mainly X-rays imaging systems, have become essential in the diagnosis and treatment of complex diseases. X-rays generator is one of the critical subsystems of a medical system. Its technology became more complex and constraints seen by the components increase. An assessment of X-rays generator reliability is therefore necessary to optimize its lifetime. In this thesis, a reliability assessment method of an X-rays generator is proposed. The methodology is based on the assessment of the reliability from component to system. Aging tests are first performed for X-rays generator critical components in order to identify failure mechanisms and build lifetime curves for performing reliability prediction. FIDES guide parameters were also used to construct critical components lifetime curves. A reliability prediction method based on the assumption of cumulative damage with Miner's rule is proposed to evaluate critical components lifetime under thermomechanical stresses. This method uses rainflow counting rules for the temperature cycles distribution of critical components. A reliability block diagram is finally used to estimate the lifetime of each X-ray generator subsystem through its critical components.Les systèmes d’imagerie médicale, principalement les systèmes à rayons X, sont devenus incontournables dans le diagnostic et le traitement des maladies complexes. Le générateur à rayons X fait partie des sous-systèmes critiques d’un système à rayons X. La technologie des générateurs à rayons X se complexifie et les contraintes vues par les composants augmentent. L’évaluation de la fiabilité du générateur à rayons X est par conséquent nécessaire afin d’optimiser la durée de vie de ce dernier. Dans ces travaux de thèse, une méthodologie d’évaluation de la fiabilité d’un générateur à rayons X est proposée. La méthodologie repose sur l’évaluation de la fiabilité allant du composant au système. Des essais de vieillissement sont d’abord réalisés au niveau des composants critiques du générateur afin d’identifier les mécanismes de défaillance et de construire les courbes de durée de vie permettant d’effectuer une prévision de fiabilité. Les paramètres du recueil de fiabilité FIDES ont aussi été utilisés pour construire les courbes de durée de vie des composants critiques. Une méthode de prévision de la fiabilité basée sur l’hypothèse du dommage cumulé avec la règle de Miner est proposée pour évaluer la durée de vie des composants critiques sous contraintes thermomécaniques. Cette méthode utilise les règles de comptage rainflow pour obtenir une distribution des différences de température vues par les composants critiques. Une association de fiabilité permet enfin d’estimer la durée de vie de chaque sous système du générateur à rayons X à travers ses composants critiques

Excitation résonante d’un centre isoélectronique de Te dans le ZnSe

Les technologies NISQ (noisy intermediate-scale quantum, ou quantiques d’échelle intermédiaire bruitées), précurseurs des ordinateurs quantiques, ont déjà réussi pour certaines procédures spécifiques à dépasser les capacités de calculs d’un ordinateur classique. Le développement d’un ordinateur capable d’implémenter n’importe quel algorithme quantique reste cependant un problème ouvert. Le développement d’un système capable de stocker, de manipuler et de retranscrire l’information quantique est à l’étude dans les laboratoires du monde entier. Le réseau permettant de relier entre eux des ordinateurs quantiques à grande distance pourrait utiliser le photon comme support de l’information quantique. Les interfaces capables de faire le lien entre un qubit stationnaire, c’est-à-dire l’information quantique au sein de l’ordinateur, et un photon doivent allier un fort couplage avec la lumière à un faible élargissement inhomogène. La molécule de Te2 dans le ZnSe est un centre isoélectronique. Ces émetteurs quantiques jusqu’à maintenant peu étudiés allient le faible élargissement inhomogène des défauts atomiques comme les centres NV dans le diamant, au fort moment dipolaire des structures nanoscopiques comme les boites quantiques. On a démontré que l’initialisation d’un trou lié à une molécule de Te2 dans le ZnSe est réalisée en 150 ps avec une fidélité de 98.5%. Dans ce mémoire on fait état d’un obstacle dans la démonstration du contrôle cohérent d’un exciton lié à une molécule de Te2 dans le ZnSe. L’excitation résonante de l’exciton lié, pourtant indispensable au contrôle complet de l’état quantique de ce système à deux niveaux, engendre une accumulation de charges isolées dans le voisinage de l’émetteur. Les fluctuations de l’environnement électrostatique de l’exciton entrainent un décalage spectral variable, sous forme de diffusion spectrale, de son énergie de résonance et réduisent fortement le temps de cohérence de l’exciton. Cette observation expérimentale n’a encore jamais était reportée pour un émetteur unique. Pour contourner ce problème, on propose une solution innovante. On démontre que l’ajout d’un laser non-résonant permet de générer des paires électron-trou qui déchargent l’environnement en permettant la recombinaison radiative des charges isolées. On retrouve alors l’énergie de résonance de l’émetteur et une largeur spectrale comparable à celle attendue dans la limite radiative.----------Abstract NISQ (noisy intermediate-scale quantum) technologies are the precursors of quantum computers. They have already succeeded in exceeding the computational capacity of a classical computer. However, the development of a computer that could implement any quantum algorithm remains an open problem. The development of a system capable of storing, manipulating and transcribing quantum information is under study in laboratories around the world. In order to interconnect far away computers, we could use the photon as a medium for quantum information. Interfaces capable of making the link between a stationary qubit and a photon must combine a strong coupling with light with a weak inhomogeneous broadening. The Te2 molecule in ZnSe is an isoelectronic center. These quantum emitters combine the weak inhomogeneous widening of atomic defects like NV centers in diamonds, and the high dipole moment of nanoscopic structures like quantum dots. We have shown that the initialization of a hole linked to a molecule of Te2 in ZnSe is carried out in 150 ps with a fidelity of 98.5%. In this master thesis, we first point out an obstacle in the demonstration of the coherent control of an exciton bound to a Te2 molecule in ZnSe. The resonant excitation of the bound exciton, however essential for the complete coherent control of the quantum state of this two-level system, generates an accumulation of isolated charges in the vicinity of the emitter. Fluctuations in the electrostatic environment of the exciton cause a sporadic red-shift of its resonance energy. In addition, these fluctuations greatly reduce the coherence time of the exciton. To circumvent this problem, we show that an additional non-resonant laser, that generates electron-hole pairs, discharges the environment by allowing for the radiative recombination of the isolated charges. The resonance energy of the emitter is restaured and we measure a spectral width comparable to that expected in the radiative limit

Etude et réalisation d'une source de rayonnement large bande de forte puissance basée sur un concept innovant de transformateur résonant impulsionnel

De nos jours, un large éventail d applications de défense nécessite des générateurs de puissances pulsées pour produire des rayonnements électromagnétiques de fortes puissances. Dans les systèmes conventionnels, le générateur est composé d une source d énergie primaire et d une antenne, séparé par un système d amplification de la puissance, généralement un générateur de Marx ou un transformateur Tesla, qui transmet l énergie vers l antenne. Le système présenté dans ce mémoire, utilise un concept innovant basée sur un transformateur résonant impulsionnel compact pour alimenter l antenne. La source développée, appelée MOUNA (acronyme de Module Oscillant Utilisant une Nouvelle Architecture ) est composé d une batterie, d un convertisseur DC/DC permettant de charger quatre condensateurs, de quatre éclateurs à gaz synchronisés, d un transformateur résonant impulsionnel qui génère des impulsions de 600kV en 265ns, d un éclateur de mise en forme à huile, et d une antenne dipôle.Nowadays, a broad range of modern defense applications requires compact pulsed power generators to produce high-power electromagnetic waves. In a conventional design, such generators consist of a primary energy source and an antenna, separated by a power-amplification system, such as a Marx generator or a Tesla transformer, which forwards the energy from the source to the antenna. The present system, however, uses a novel and very compact high-voltage resonant pulsed transformer to drive a dipole antenna. The complete pulsed power source, termed MOUNA (French acronym for Module Oscillant Utilisant une Nouvelle Architecture ), is composed of a set of batteries, a dc/dc converter for charging four capacitors, four synchronized spark gap switches, a resonant pulsed transformer that can generate 600 kV in 265 ns pulses, an oil peaking switch and, a dipole antenna.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Nouvelles architectures de réseaux résonants pour la stabilisation de diodes laser

L'étude porte sur la stabilisation spectrale de diodes laser par des cavités externes incorporant un filtre à réseau résonant. La première partie des travaux concerne la modélisation de la cavité externe et les critères requis sur les caractéristiques d'un filtre pour obtenir une émission monomode. La conception et la réalisation de différents réseaux, utilisés en montage de type Littrow, permettent d'obtenir une stabilisation de diodes conventionnelles avec un SMSR supérieur à 30dB, tout en étant très sensible aux désalignements, en raison de la faible tolérance angulaire de ces filtres. La seconde partie concerne de nouveaux types de filtres, dont le réseau résonant est encadré par 2 réseaux latéraux de demi-période. Ces filtres présentent une grande tolérance angulaire proche de 10°, associée à une largeur spectrale nanométrique, qui autorise un montage en œil de chat, compact et facile à mettre en œuvre, tout en obtenant une stabilisation spectrale avec un SMSR supérieur à 30dB.Our study deals with the spectral stabilization of laser diodes by external cavities incorporating a resonant grating filter. The first part of this work concerns the theoretical study of the external cavity and the criteria required for the characteristics of the filter to obtain a monomode emission. The conception and the realization of the different gratings, used in Littrow-like configuration, enable us to stabilize conventional laser diodes with a SMSR above 30dB, though being very sensitive to misalignments due to low angular tolerance of these filters. The second part concerns new types of filters, whose resonant grating is surrounded by two lateral reflectors with half-period. These filters have a wide angular tolerance close to 10°, combined with a nanometric bandwidth, that authorizes a cat's eye configuration, compact and easy to get working, all the while obtaining a spectral stabilization with a SMSR above 30dB

Étude de la transmission d'énergie sans fil (WPT) basée sur la résonance couplée magnétique

RÉSUMÉ Depuis la fin du 20e siècle, les appareils électroniques portables (ordinateurs, téléphones cellulaires, tablettes, implants, …), sont de plus en plus présents dans notre vie quotidienne. Mais ces appareils électronique, bien que populaires sont fortement tributaires de la courte durée de leur alimentation (piles ou batteries). Pour l’utilisateur, la commodité de l'électronique portable est peu à peu compromise par la nécessité de recharger les batteries de plus en plus fréquemment au cours des mois, à mesure que la capacité de la batterie diminue. En ce qui concerne les appareils qui ne peuvent pas être branchés sur un chargeur comme les implants biomédicaux, le problème devient encore plus délicat à cause de l’opération chirurgicale nécessaire pour le remplacement de la pile. Après des recherches de plusieurs années, la transmission d'énergie sans fil (WPT pour Wireless Power Transmission) basée sur la résonance magnétique couplée est en train de devenir assez mature pour enfin apporter une solution aux problèmes énergétiques de nos appareils mobiles. Cependant, beaucoup d’avancements restent à faire dans le domaine des dispositifs médicaux implantables où le transfert d'énergie est fortement limité par la taille du récepteur ainsi que par les pertes du tissu humain dispersif. Parce que la gamme du bas GHz est reconnue comme la fréquence de transfert optimale à travers ces tissus, une alternative au résonateur à bobine doit être étudiée et développée. Dans ce document, une solution originale de transmetteur est présentée. Elle tient compte du besoin d’avoir un fort champ magnétique en zone de champ proche et d’un faible champ rayonné en zone de champ lointain, choses ordinairement difficile à combiner à ces fréquences.----------ABSTRACT Since the late 20th century, highly portable and mobile electronic devices such as laptops, cell phones, robots, tablets and implants, have emerged and have been playing an increasingly important role in our daily life. However, such electronic apparatus and popular gadgets are highly dependent on power supply that is enabled by various types of battery. The convenience of portable electronics has been increasingly compromised by the necessity to “refill” battery more and more frequently. As for the devices that cannot be plugged into a charger, such as biomedical implants, the problem becomes even worse because of the required surgery only for the power supply or battery replacement. After several years of investigations and developments, wireless power transmission (WPT) systems based on magnetically coupled resonance are matured enough to become a predominating technology poised to solve the energy problem of mobile devices. In the field of implantable medical devices, however, the energy transfer operation is highly limited by the size of receiver and also the loss properties of dispersive human tissue. Since the low GHz range has been considered as the optimal transfer frequency, an alternative to the lossy coil resonator should be studied and developed. In this thesis work, an original transmitter solution is presented that considers the needs for strong magnetic dominant near-field and weak far field radiation even at low GHz frequency. Chapter 2 of this thesis introduces a half-closed partially ceramic-filled cavity resonator along with an accurate but analytical model. Design parameters are also studied using a full-wave simulation software package and measurement results of a resonator-to-resonator transfer scheme. They show a good agreement with simulation results. An efficiency above 65% can be obtained within the distance comparable to the diameter of the resonator (60.5mm) in this case study. Subsequently, energy transmission between the proposed cavity resonator and a small-sized copper coil of 3mm of diameter is investigated. Measurement results show that the efficiency is above 34% within 20mm and above 8.2% within 40mm, which is much higher than the conventional coil-to-coil transmission scheme