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Université Toulouse 3 Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier)
ED GEET : Génie Electrique
Sébastien Morand
vendredi 24 mai 2013
ETUDE DES EFFETS DES NEUTRONS ATMOSPHERIQUES SUR LES NOUVEAUX
SYSTEMES DE PUISSANCE EMBARQUES EN AERONAUTIQUE
LAAS CNRS - ISGE
Mr. Patrick AUSTIN, Professeur des Universités, LAAS-CNRS, Université de Toulouse III
Mr. Jean-Luc AUTRAN, Professeur des Universités, IM2NP, Université Aix Marseille I
Mr. Daniel ALQUIER, Professeur des Universités, GREMAN, Unversité François Rabelais Tours
Mr. Florent MILLER, Docteur, EADS Innovations Works (Encadrant Industriel)
Mr. Antoine TOUBOUL, Maître de Conférence, IES, Université Montpellier II
Mr. Thierry CAMPS, Professeur des Universités, LAAS-CNRS, Université Toulouse III

- i -
A ma grand-mère,
« Déterminer exactement celle de ces causes qui agit dans notre monde
est chose difficile ; mais indiquer ce qui est possible, voilà ce que j’enseigne ;
et je m’attache à exposer tour à tour les multiples causes qui peuvent
être à l’origine du mouvement des astres : entre toutes, il ne peut y en
avoir qu’une qui fassent mouvoir nos étoiles : mais laquelle ?
L’enseigner n’est pas donné à notre science, qui n’avance que pas à pas. »
Lucrèce, De rerum natura, V, v. 526 et suivants
traduction d’A. Ernout, Les Belles Lettres, 1924.

Remerciements
-ii-
Ces travaux de thèse ont pu être réalisés grâce au soutien de nombreuses personnes que je
souhaiterai remercier vivement par ces quelques mots.
Tout d’abord, je souhaiterai remercier Mr Yann Barbaux, Mme Nadine Buard et Mr
Bruno Foucher pour m’avoir accueilli au sein de l’établissement EADS Innovations Works de
Suresnes.
J’exprime ma sincère reconnaissance à l’ensemble des membres du Jury qui m’ont fait
l’honneur de participer à ma soutenance. Merci donc à Mr Thierry Camps, président du Jury et
Mr Antoine Touboul, Examinateur.
Je souhaiterai également remercier Mr Autran et Mr Alquier qui ont eu l’amabilité
d’accepter d’être mes rapporteurs de thèses. Je vous remercie de l’intérêt que vous avez porté à ce
manuscrit. Votre analyse et expertise m’ont particulièrement aidé dans l’accomplissement de
cette thèse.
J’exprime ma très sincère reconnaissance à Mr Florent Miller, encadrant industriel de
cette thèse et chef d’équipe « Semiconductor and Equipment Dependability » au sein d’EADS
Innovation Works, qui a été un soutien important par ses conseils et son suivi. Je le remercie de
sa confiance et en retour je lui souhaite tous mes vœux de réussite dans l’obtention de son HdR.
Je souhaite remercier Mr Patrick Austin qui m’a fait l’honneur de diriger mes travaux de
thèse. Nos échanges furent animés et très constructifs. Je tiens également à remercier Frédéric
Morancho qui m’a accueilli à maintes reprises au sein de l’équipe ISGE du LAAS. Je vous
souhaite tous mes vœux de réussite dans la poursuite de vos recherches. Je n’oublie pas la
gentillesse des membres de l’équipe ISGE que je salue également.
Je remercie Christine, Claude, Marie et Véronique qui m’ont aidé à passer les épreuves
administratives que ce soit au sein d’EADS Innovation Works, du LAAS ou de la GEET.
Je remercie l’ensemble de mes collègues au sein d’EADS Innovations Works, avec une
mention particulière pour Alexandre avec qui beaucoup de choses se sont construites. Je remercie
également Aurore, Cécile, Sabrine, Nicolas, Florian, Richard, Katel, Benoît, Marc, Vincent, les
Thomas et les Olivier.
Je remercie également l’ensemble du groupe musique avec qui j’ai partagé et j’ai encore
la chance de partager d’excellents moments chaque semaine.
Je tiens à témoigner ma reconnaissance à deux figures importantes du monde des
« radiateurs ». Merci à Mr Patrick Poirot pour son indéfectible positivisme, sa bonne humeur et
ses bons conseils. Je tiens à exprimer toute ma gratitude à Mr Rémi Gaillard avec qui j’ai
agréablement phosphoré sur la phénoménologie des radiations.

Remerciements
-iii-
Je souhaite tous mes vœux de réussite à Thomas et Guillaume dans leur « gestation » de
thèse et pour la suite de leur parcours. Je salue amicalement mes stagiaires, Samuel, Florine et
Sébastien, que j’ai eu la chance de superviser durant ce doctorat.
Je remercie le CALA et ses membres où j’ai agréablement levé la tête au ciel pour
découvrir les richesses de notre univers lors des nuits étoilées et qui m’a construit dans mon
projet professionnel.
Je tiens à remercier ma famille qui m’a fait confiance et soutenu dans ce cheminement.
Je remercie mes amis qui ont veillé à maintenir mon équilibre entre « chiade » et
« chouille » de Lyon, Nantes, Lorient, Angers, Paris, Portland jusqu’à Graz sans oublier Kraiova.
Que de routes parcourues et que de moments vécus, merci.
J’ai une antépénultième pensée pour Mr J. C. Baboux, professeur à l’INSA Lyon, qui a
fait grandir une vocation par ses démonstrations des phénomènes physiques. J’ai une pensée pour
lui et pour ces enseignants qui développent le goût d’apprendre et le goût des sciences.
Enfin, je remercie ma compagne qui a été d’un soutien indéfectible à un rédacteur de
thèse des plus pachydermiques. Merci mon amour.

Table des matières
- 1 -
TABLE DES MATIERES
LISTE DES ACRONYMES ............................................................................................................................. 4
LISTE DES PARAMETRES ............................................................................................................................ 6
INTRODUCTION GENERALE ....................................................................................................................... 8
1 SYSTEMES DE PUISSANCE ET CONTRAINTES ENVIRONNEMENTALES AERONAUTIQUES. ................ 11
INTRODUCTION ............................................................................................................................................. 12
1.1 GESTION DE L’ENERGIE ELECTRIQUE DANS LE DOMAINE AERONAUTIQUE .......................................................... 15
1.1.1 Réseaux de distribution d’énergie électrique avionique ........................................................ 15
1.1.2 Vecteurs technologiques pour l’avion plus électrique............................................................ 17
1.1.3 Les convertisseurs électroniques ............................................................................................ 17
1.2 COMPOSANTS ACTIFS DE L'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE ............................................................................. 20
1.2.1 Matériaux semiconducteurs .................................................................................................. 20
1.2.2 Composants d’intérêt............................................................................................................. 22
1.2.3 Synthèse ................................................................................................................................. 29
1.3 MECANISMES DE DEFAILLANCE DANS LES PUCES DE PUISSANCE ...................................................................... 30
1.3.1 Causes et modes de défaillance ............................................................................................. 30
1.3.2 Aire de sécurité des composants de puissance ...................................................................... 32
1.3.3 Mécanismes destructifs ......................................................................................................... 33
1.3.4 Solutions de durcissement ..................................................................................................... 36
1.3.5 Synthèse ................................................................................................................................. 37
1.4 ENVIRONNEMENT NATUREL RADIATIF ....................................................................................................... 38
1.4.1 Environnement spatial ........................................................................................................... 38
1.4.2 Environnement atmosphérique ............................................................................................. 41
1.4.3 Caractérisation de l’interaction matière rayonnement ......................................................... 44
1.5 IMPACT DE L’ENVIRONNEMENT RADIATIF SUR LES COMPOSANTS ELECTRONIQUES .............................................. 48
1.5.1 Interaction avec les composants électroniques ..................................................................... 48
1.5.2 Mécanisme de Single Event Burnout ..................................................................................... 49
1.5.3 Mécanisme de Single Event Latchup ...................................................................................... 51
1.5.4 Synthèse ................................................................................................................................. 52
1.6 OUTILS ET METHODES DE CARACTERISATION DE LA SENSIBILITE AUX RADIATIONS NATURELLES. ............................. 54
1.6.1 Quantification de la sensibilité radiative ............................................................................... 54
1.6.2 Méthodes expérimentales ..................................................................................................... 56
1.6.3 Méthodes prédictives par modélisation physique ................................................................. 59