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UNIVERSITE DE SFAX
ECOLE NATIONALE D’ INGENIEURS DE SFAX
THESE
Présentée devant
L’ ECOLE NATIONALE D’ INGENIEURS DE SFAX
pour obtenir
LE GRADE DE DOCTEUR
Spécialité : Electronique
Par
Faiza KAMOUN CHARFI
Ingénieur Génie électrique
Surveillance des systèmes électroniques de puissance
embarqués dans le véhicule électrique
-Méthodes et outils-
Soutenue le 11 Décembre 2004 devant la commission d’examen :
Mr Lotfi Kamoun Président
Mme Ilhem Slama Belkhoja Rapporteur
Mr Nouri Masmoudi Rapporteur
Mr Fayçal Sellami Directeur de thèse
Mr Bruno François Co-Encadrant
Mr Kamal AL Haddad Co-Encadrant
Thèse préparée en collaboration avec le laboratoire L2EP de l’Ecole Centrale de Lille (France) et
le laboratoire de recherche ETS-Bombardier Transport-Amérique du Nord (Canada Montréal)

Remerciements
Ce travail a été effectué dans le Laboratoire d’Electronique et des Technologies de
l’Information (L.E.T.I) de l’Ecole Nationale d’Ingénieur de Sfax (E.N.I.S) dirigé par Monsieur
Lotfi Kamoun professeur à l’ENIS, que je tiens à remercier d’avoir bien voulu présider ce
jury.
Je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance à Monsieur Fayçal Sellami professeur à
l’ENIS, responsable de la formation doctorale et chef de l’équipe électronique de puissance,
d’avoir veillé au bon déroulement de mes travaux. Ses compétences scientifiques et ses
discussions fructueuses m’ont beaucoup apporté.
Que Madame Ilhem Slama Belkhoja professeur à l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis,
trouve ici l’expression de ma profonde gratitude pour avoir accepté d’examiner ce travail et
d’en être le rapporteur. Je la remercie vivement d’avoir participé à ce jury malgré ses
nombreuses préoccupations.
J’adresse mes vifs remerciements à Monsieur Nouri Masmoudi professeur à l’ENIS, pour
avoir accepté d’examiner ce travail et d’en être le rapporteur malgré les charges que lui
imposent ses nombreuses responsabilités.
Je tiens à remercier Monsieur Bruno François, Maître de conférence à l’Ecole Centrale de
Lille, pour ses qualités humaines et techniques. Je le remercie d’avoir bien voulu co-encadrer
ce travail avec rigueur et disponibilité.
Je suis sincèrement reconnaissante à Monsieur Kamal AL Haddad, professeur à l’Ecole de
Technologie Supérieure de Montréal Canada et co-encadreur des travaux de ma thèse, pour
l’intérêt qu’il a porté à ce travail et pour l’honneur qu’il m’a fait en participant à ce jury.
De même je tiens à remercier Monsieur Mohamed Ben Messaoud, Maître assistant à l’ENIS,
pour ses conseils pertinents et ses qualités humaines et scientifiques qui ont permis
l’accomplissement de ce travail dans de bonnes conditions.
Que toutes les personnes qui m’ont apporté leur aide, directement ou indirectement durant
toute cette période, et qui m’ont permis de mener à bien mes travaux trouvent ici mes sincères
remerciements.

SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE .........................................................................................1
Chapitre I- METHODES DE SURVEILLANCE ET DE DIAGNOSTIC.........................7
I.1 Introduction ....................................................................................................................11
I.2 Concepts généraux..........................................................................................................12
I.2.1 Sûreté de fonctionnement .....................................................................................12
I.2.2 Défaillances..........................................................................................................17
I.2.3 Classification des défaillances ..............................................................................19
I.2.4 Conséquences des défaillances : Défauts et pannes...............................................20
I.2.5 Classification des défauts et pannes......................................................................20
I.3 Concepts de diagnostic....................................................................................................21
I.3.1 Classification des méthodes de diagnostic.............................................................21
I.3.2 Méthode de traitement du signal...........................................................................22
I.3.3 Diagnostic par modélisation et identification ........................................................29
I.3.4 Diagnostic par modélisation fonctionnelle et matérielle........................................33
I.3.5 Diagnostic par réseaux de neurones......................................................................35
I.3.6 Diagnostic par les systèmes experts......................................................................38
I.4 Concepts de surveillance.................................................................................................41
I.4.1 Pourquoi surveiller un système ? ..........................................................................42
I.4.2 Architecture générale............................................................................................42
I.4.3 Les différents niveaux de traitement : du signal à la décision................................43
I.4.4 Objectifs d'une " bonne " surveillance...................................................................45
I.4.5 Génération des alarmes.........................................................................................46
I.5 Conclusion......................................................................................................................50
Chapitre II- MODELISATION ET SIMULATION.........................................................53
II.1 Introduction...................................................................................................................57
II.2 Le système de puissance embarqué dans le V.E.............................................................58
II.2.1 Les nouveaux challenges.....................................................................................59
II.2.2 Les mécanismes de défaillances dans les systèmes de puissance..........................60
II.3 Les méthodes de modélisation .......................................................................................62
II.3.1 Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) – fonctionnement................................64
II.3.2 Modélisation en électronique de puissance : état de l’art......................................72
II.3.3 Modèle élaboré de l’ IGBT..................................................................................77
II.3.4 Diode de puissance..............................................................................................98
II.3.5 Modélisation comportementale de la diode........................................................106
II.3.6 Modélisation thermique.....................................................................................112
II.4 Simulation ...................................................................................................................136
II.4.1 Modélisation du convertisseur statique de puissance..........................................137
II.4.2 Résultats de simulation......................................................................................138
II.5 Conclusion...................................................................................................................140

Chapitre III- ESSAIS ET ANALYSES ...........................................................................143
III.1 Introduction................................................................................................................147
III.2 Description du banc d’expérimentation.......................................................................147
III.2.1 Carte d’acquisition dSPACE DS1103 ..............................................................152
III.2.2 Dispositifs d’Entrée /Sortie..............................................................................154
III.2.3 Programmation temps réel de la carte DS1103.................................................154
III.3 Essais expérimentaux .................................................................................................156
III.3.1 Condition expérimentale ..................................................................................156
III.3.2 Validation en fonctionnement normal...............................................................157
III.3.3 Validation du mode défaillant..........................................................................158
III.3.4 Résultat d’expérimentation...............................................................................158
III.3.5 Solution proposée ............................................................................................163
III.4 Analyse des défaillances.............................................................................................163
III.4.1 Choix de la méthode d’analyse.........................................................................163
III.4.2 Analyse Multirésolution...................................................................................164
III.4.3 Analyse des défauts..........................................................................................170
III.4.4 Surveillance du système...................................................................................170
III.4.5 Influence de l’instant du défaut ........................................................................172
III.5 Exemples de cas de défaillances .................................................................................175
III.5.1 Cas d’une cellule de commutation....................................................................175
III.5.2 Cas de deux IGBTs..........................................................................................178
III.6 Conclusion .................................................................................................................181
CONCLUSION GENERALE..........................................................................................183
BIBLIOGRAPHIE…………………………………………………………………………189
ANNEXES .......................................................................................................................201
ANNEXE 1 : Revue sur les différents Modèles d’ IGBT...................................................203
ANNEXE 2 : Revue sur les différents Modèles de diodes.................................................206
ANNEXE 3 : Analyse structurale de l’ IGBT....................................................................207
ANNEXE 4 : Présentation du logiciel de simulation des structures ...................................209
ANNEXE 5 : Modélisation de la machine asynchrone ......................................................215
ANNEXE 6 : Liste des symboles......................................................................................221

Introduction générale
1
INTRODUCTION GENERALE