Contrôle et Diagnostic par un Ré- seau de Capteurs

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Signal, Image, Parole, Télécommunications
Arrêté ministérial : 7 août 2006
Présentée par
Alexis LE GOFF
Thèse dirigée par Christine SERVIÈRE
préparée au sein du Gipsa-lab « Grenoble Image Parole Signal Automa-
tique »
dans l’École doctorale EEATS « Électronique, Électrotechnique, Auto-
matique, Télécommunications et Signal »
Contrôle et Diagnostic par un Ré-
seau de Capteurs Magnétiques en
Automobile
Thèse soutenue publiquement le 2 Février 2011,
devant le jury composé de :
Pr. Jean-Louis LACOUME
Professeur des universités à l’INP de Grenoble, Président
Pr. François GUILLET
Professeur des universités à l’Université de St-Etienne, Rapporteur
Pr. Laurent KRÄHENBÜHL
Professeur des universités à l’École Centrale Lyon, Rapporteur
M. Claudio BATTOCCHIO
Ingénieur chez Michelin, Examinateur
Dr. Christine SERVIÈRE
Chargée de recherche à l’INP de Grenoble, Directeur de thèse
Sébastien DAUVÉ
Ingénieur au CEA, Co-Directeur de thèse
Dr. Olivier CHADEBEC
Chargé de recherche à l’INP de Grenoble, Invité

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Remerciements
Laréalisation de cette thèse n’aurait été possible sans l’aide, la participation et le soutien de certaines personnes que je souhaite remercier ici.
Merci tout d’abord aux membres du jury qui me font l’honneur de se pencher sur ce travail
et de le juger.
Je tiens à exprimer ma plus profonde reconnaissance à Jean-Louis Lacoume pour m’avoir
proposé ce sujet, l’avoir suivi, encadré et avoir toujours été là pour m’aider et me faire part de
son immense expérience en traitement du signal. Sa disponibilité, son professionnalisme et ses
compétences en font un excellent conseiller scientifique pour le CEA. Son implication dans ce
travail m’a beaucoup apporté.
Merci à Sébastien Dauvé de m’avoir encadré sur ce sujet et m’avoir accueilli au sein du
laboratoire. Il a toujours pris le temps de répondre à mes interrogations et a suivi ce travail
de près malgré son agenda chargé. Je le remercie pour m’avoir fait confiance au cours de ces 3
années et m’avoir apporté le soutien dont j’avais besoin.
J’aimerais également remercier Christine Servière pour avoir accepté d’encadrer ce sujet.
Je la remercie pour m’avoir aidé à débuter dans le milieu de la recherche universitaire grâce à
son expérience. Je la remercie également pour m’avoir aiguillé dans le monde de la maintenance
prédictive.
Un grand merci à Roland Blanpain qui a proposé ce sujet riche et intéressant. Je le remercie
pour son soutien au cours de ces années, pour ses nombreuses idées et pour le temps qu’il a
consacré à m’initier au magnétisme.
Merci à Christian Jeandey pour m’avoir fait partager une partie de son immense savoir et
pour avoir pris le temps de me conseiller quand je le sollicitais.
Je tiens à remercier chaleureusement Bernard Guilhamat qui m’a consacré beaucoup de
temps. Son incroyable don pour la technique, sa passion et son époustouflante connaissance de
l’automobile ainsi que son expérience dans de nombreux domaines m’ont été extrêmement utiles.
Son départ en retraite laissa un grand vide dans le laboratoire. Je lui témoigne ici toute mon
amitié.
Merci également à Angelo Guiga pour m’avoir toujours accompagné dans mes expérimen-
tations et pour le temps qu’il a consacré à me fournir le matériel et les installations dont nous
avions besoin pour ces travaux. Sa disponibilité et sa sympathie m’ont été très agréables.
Qu’il me soit permis de remercier François Alcouffe, Jean-Louis Derlon, virgine Pochat
et Sigrid Thomas qui ont toujours été disponibles pour moi et m’ont aidé pour différents aspects
de ma thèse.
Merci à Viviane Cattin et Ghislain Despesse qui ont su répondre à mes questions et
proposer des idées pour répondre à mes problèmes.
Mes remerciements à Simon Braun de la Technion Israel Institute of Technology et éditeur

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de la revue MSSP, pour nos échanges lors de la conférence CIRI 2009 ainsi que pour ses précieux
conseils de références bibliographiques.
Je tiens à remercier Jérôme Antoni qui m’a inspiré pour ce travail. Merci également pour
les échanges fructueux que j’ai eu avec lui.
Mes remerciements aux personnes de l’Institut National de l’Énergie Solaire avec qui j’ai
travaillé et qui m’ont beaucoup appris sur les batteries, en particulier Marion Perrin, Arnaud
Delaille et David Brun-Buisson.
Merci aux personnes de Michelin avec qui j’ai été amené à travailler au cours de cette thèse et
en particulier Marc Hammer pour le temps qu’il m’a consacré lors de nos rencontres à Grenoble
et à Clermont-Ferrand.
Un grand merci à Florian Clavert et à Sylvain Géry qui ont participé aux études sur le
contrôle des accumulateurs. Merci pour leur travail, pour leurs idées et pour leur aide.
Je tiens aussi à remercier les personnes qui ont partagé mon quotidien autour d’un café, à la
cantine ou dans le bureau : Jonathan, Jérôme, Pierre, Florian, Sahar, Dominique, Fred Mansour,
Christelle et Andréa.
Enfin je tiens à adresser ma gratitude et ma très sincère reconnaissance à ma famille qui m’a
toujours soutenu, m’a donné le goût pour les sciences et la soif d’apprendre.
Merci à Marion.

Table des matières
Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
I INTRODUCTION GENERALE 9
1 Introduction générale 11
1.1 Contexte et motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 La maintenance prédictive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3 État de l’art de la surveillance des moteurs thermiques . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4 Nouvelles voies de recherche et développement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Présentation de notre étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
II Le magnétisme et son intérêt pour le diagnostic 17
2 Histoire et approche scientifique du magnétisme 19
2.1 Histoire du magnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 Modélisation du magnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1 Le champ magnétique H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.2 Les courants électriques, sources de magnétisme . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.3 L’effet du champ d’induction magnétique sur les charges électriques . . . 23
2.2.4 Le champ magnétique dans la matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3 Modélisations de l’aimantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.1 L’approche ampérienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.2 L’approche coulombienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.3 L’approche dipolaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3 Mesurer le magnétisme 31
3.1 État de l’art des technologies existantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.1 Les bobines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.2 Les capteurs à effet Hall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1.3 Les capteurs AMR et GMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.1.4 Les capteurs fluxgate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2 Aspect économique pour une utilisation industrielle . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
III L’utilisation du magnétisme pour mesurer les déplacements 37
4 Les roues 39
4.1 Constatations expérimentales sur le magnétisme des roues . . . . . . . . . . . . . 39
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