Thèse : Génératrice Multiphasée pour l'Éolien

Thèse de Doctorat
Mention : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité : Génie Electrique
présentée à l'Ecole Doctorale en Sciences Technologie et Santé (ED 585)
L’Université de Picardie Jules Verne
par
Alin PANTEA
pour obtenir le grade de Docteur de l’Université de Picardie Jules Verne
Modélisation, simulation et contrôle d’une génératrice
multiphasée à grand nombre de pôles pour l’éolien
Soutenue le 7 Juillet 2017, devant le jury d’examen :
M. Bruno ROBERT, Professeur des Universités Président
M. Daniel ROGER, Professeur des Universités Rapporteur
M. Fabrice LOCMENT, Maître de Conférences, HdR Rapporteur
M. Gérard-André CAPOLINO, Professeur des Universités Examinateur
M. Franck BETIN, Professeur des Universités Directeur de thèse
M. Amine YAZIDI, Maître de Conférences Co-encadrant
Thèse préparée au sein du Laboratoire des Technologies Innovantes (LTI) de
L’Université de Picardie Jules Verne (UPJV),
Avec le financement du Conseil Régional des Hauts de France, projet GEOMED

Remerciements
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à mes directeurs de thèse, Monsieur Franck
BETIN, Professeur à l’Université de Picardie Jules Verne, et Monsieur Amine YAZIDI, Maître de
Conférences à l’Université de Picardie Jules Verne, pour m’avoir accueilli dans leur équipe de
recherche, pour les conseils scientifiques et techniques, pour les nombreux conseils avisés lors de
la rédaction scientifique, pour leur soutien et encouragements qu’ils m’ont donnés pendant tout au
long de ces années, et surtout pour le sujet très enrichissant qu’ils m’ont proposé.
Je voudrais aussi exprimer toute mes gratitudes à Monsieur Daniel ROGER Professeur à
l'Université d'Artois et à Monsieur Fabrice LOCMENT, Maître de Conférences HdR à l'Université
de Technologie de Compiègne, pour avoir accepté de participer à ma soutenance en tant que
rapporteurs, pour leurs temps dédiés à lire et analyser en détail ces travaux.
Je tiens à remercier également, Monsieur Gérard-André CAPOLINO, Professeur à
l’Université de Picardie Jules Verne et Monsieur Bruno ROBERT, Professeur à l’Université de
Reims Champagne Ardenne pour leur disponibilité en tant qu’examinateurs de cette thèse.
Je tiens à remercier le Conseil Régional des Hauts de France pour le soutien qu’il a apporté
au Projet GEOMED (Génératrices Eoliennes Multiphasées à Entrainement Direct). Mes
remerciements s’adressent aux partenaires de ce projet : l'Université de Technologie de
Compiègne (Monsieur Vincent LANFRANCHI, Monsieur Guy FRIEDRICH) et l’Ecole
d’Ingénieurs d’Amiens ESIEE-Amiens (Monsieur Augustin MPANDA et Monsieur Gérard
AROQUIADASSOU).
Je remercie également les membres du laboratoire LTI, en particulier au directeur de
laboratoire Monsieur Hassen BEJI et aux membres de l’équipe EESA (Énergie Électrique et
Systèmes Associés) Monsieur Humberto HENAO, Monsieur Gérard-André CAPOLINO,
Monsieur Shahin HEDAYATI KIA, Monsieur Sébastien CARRIERE, Monsieur Bruno
VACOSSIN, Monsieur Arnaud SIVERT pour leur retour d’expériences et les nombreux échanges
enrichissantes que nous avons eus et pour leur soutien à la finalisation de ces travaux.
Je remercie les doctorants et les stagiaires que j'ai eu le plaisir de côtoyer durant ces dernières
années, en particulier Monsieur Mehdi TAHERZADEH, Madame Tri NURWATI, Madame Zahra

DANESHIFAR, Monsieur Jean BESTER, Monsieur Charles MACHADO et Madame Amel
NACER.
Je remercie tous mes collègues du département QLIO (Qualité Logistique Industrielle et
Organisation), Monsieur Laurent DAMAY, Monsieur Ludovic QUELIN, Monsieur Francis
BIZON et Madame Laurence GUICHARD et du département GEII (Génie Électrique et
Informatique Industrielle) Monsieur Larbi CHRIFI, Monsieur Pascal HUSSAUD, Monsieur Alain
GONZAGA, Monsieur Marc LAMART, Madame Odette FOKAPU, Monsieur Abdel FAQIR
pour leur soutien et encouragements.
J’aimerais aussi remercier toutes les personnes qui, d’une manière ou d’une autre, m’ont aidé
pour les formalités administratives : au secrétariat LTI (Madame Aurèlie BONNENTIEN, et
Madame Valérie MESSIAEN), secrétariat QLIO (Madame Sophie CLOUX), secrétariat GEII
(Aurélie ANDOLFI) et au secrétariat Ecole Doctorale STS (Madame Virginie PECOURT,
Madame Virginie LEFEVRE et Madame Audrey LECOMPTE).
Je remercie également tout le personnel du site universitaire de Soissons-Cuffies pour les
bons moments passés ensemble en particulier Monsieur Jérôme CREPEAUX, Monsieur
Christophe MALINOWSKI, Monsieur Gregory FONTAINE, Monsieur Guillaume GIGUET,
Monsieur Yves ORDENER, Madame Marie-Christine PILLOT, Madame Brigitte LOCATELLI
et Madame Catherine BOULANT.
Les remerciements s’étendent également à mes enseignants durant toutes ces longues années
d’études.
Je remercie toute ma grande famille, en particulier mes parents, pour leurs encouragements
et leur soutien inconditionnel tout au long de mes études et sans qui le présent travail n'aurait
certainement pas été mené à bien.
Pour conclure, je souhaite bien évidemment remercier mon épouse Ana, pour son
encouragement et son soutien depuis le début de ces travaux de thèse, pour m’avoir supporté,
écouté et consolé pendant les moments difficiles. Je ne peux finir sans remercier notre petite fille
Victoria Maria qui nous a apporté beaucoup de bonheur depuis sa naissance.

Sommaire
5
Table des matières
Remerciements ...................................................................................................................... 3
Table des matières ................................................................................................................. 5
Liste de figures ...................................................................................................................... 7
Liste des tableaux ................................................................................................................ 10
Glossaire .............................................................................................................................. 11
Introduction générale ........................................................................................................... 18
Chapitre I Etat de l’art sur l’énergie de type éolien .......................................................... 23
I.1. Introduction ......................................................................................................... 23
I.2. Différents types d’éoliennes ................................................................................ 25
I.2.1. Eoliennes à l’axe horizontal ou vertical .......................................................... 25
I.2.2. Normes industrielles ........................................................................................ 27
I.2.3. Chaîne de transmission de l’énergie ................................................................ 27
I.3. Mode de fonctionnement et types de génératrice ................................................ 30
I.3.1. Génératrices synchrones .................................................................................. 31
I.3.1.1. Génératrices synchrones à rotor bobiné ................................................... 31
I.3.1.2. Génératrices synchrones à aimants permanent ......................................... 33
I.3.2. Génératrices asynchrones ................................................................................ 36
I.3.2.1. Génératrices asynchrones à double alimentation (GADA) ....................... 36
I.3.2.2. Génératrices asynchrones à cage .............................................................. 38
I.3.3. Génératrices à structure spéciale ..................................................................... 40
I.3.3.1. Génératrices à reluctance variable (GRV) ................................................ 40
I.4. Contrôle-commande de l’éolienne ...................................................................... 41
I.5. Choix d’une structure pour l’étude...................................................................... 43
I.5.1. Motivation du choix ........................................................................................ 43
I.5.2. Génératrices-convertisseurs tolérants aux défauts électriques pour les éoliennes
45
I.5.3. Génératrice tolérante aux défauts mécaniques pour les éoliennes .................. 46
I.5.4. Technologie de la Génératrice tolérante aux défauts mécaniques et électriques
pour les éoliennes .................................................................................................................. 47
I.5.5. Positionnement de la recherche ....................................................................... 47