Modelisation, vieillissement et surveillance de l`etat de sante des

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N° d’ordre : 65-2014 Année 2014
THESE DE L‘UNIVERSITE DE LYON
Délivrée par
L’UNIVERSITE CLAUDE BERNARD LYON 1
ECOLE DOCTORALE EEA
DIPLOME DE DOCTORAT
(arrêté du 7 août 2006)
Soutenue publiquement le 24/04/2014
par
Maawad MAKDESSI
TITRE : Modélisation, vieillissement et surveillance de l’état de santé des condensateurs films
utilisés dans des applications avioniques
Directeur de thèse : Pascal VENET
JURY : Yves OUSTEN, PU, Université Bordeaux 1 (rapporteur)
Thierry TALBERT, MCF, Université de Perpignan (rapporteur)
François FOREST, PU, Université Montpellier 2 (examinateur)
Marcelo ITURRIZ, Docteur Ingénieur, Airbus France (examinateur)
Charles JOUBERT, PU, Université Lyon 1 (examinateur)
Daniel ROGER, PU, Université d'Artois – Béthune (examinateur)
Ali SARI, MCF, Université Lyon 1 (encadrant)
Pascal VENET, PU, Université Lyon 1 (encadrant)
Gérard ROJAT, ex PU, Université Lyon 1 (invité)

Thèse M. Makdessi
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Thèse M. Makdessi
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RESUME
Le domaine aéronautique connait de nos jours un engouement sans précédent autour de
l’avion plus électrique. L’importance du nombre d’équipements électriques est à un tel point
que l’amélioration de leur fiabilité devient incontournable. Actuellement, les composants
passifs occupent 75 % des éléments électroniques utilisés en avionique dont la moitié
correspond à des condensateurs. Ces derniers doivent donc répondre aux exigences
environnementales avioniques assez contraignantes. C’est dans ce contexte que nous nous
sommes intéressés particulièrement à l’étude des condensateurs à technologie film utilisant le
polypropylène ou le polyester comme diélectrique.
Afin de mieux comprendre le comportement fréquentiel de cette technologie, deux modèles
fins de condensateurs films ont été développés, permettant ainsi de suivre les évolutions de
leurs grandeurs électriques dans des conditions cohérentes avec l’application.
Dans un deuxième temps, l’effet des contraintes en tension et en température constantes a été
étudié sous la forme de facteurs d’accélération du vieillissement. Cela a été établi par
l’intermédiaire de plusieurs essais, permettant d’établir les lois d’évolutions temporelles des
paramètres électriques des condensateurs. Comme ces contraintes constantes ne sont pas
toujours représentatives des conditions réelles d’utilisation, les cinétiques de dégradation ont
été comparées à celles où les condensateurs sont sollicités par de fortes ondulations de
courant, seules ou associées à une tension continue.
Enfin, la dernière partie de notre travail expose l’utilisation des données expérimentales issues
des essais de vieillissement dans un objectif de diagnostic en ligne. Les techniques utilisées
assurent l'analyse de la dégradation de ces composants, étape essentielle dans la prédiction de
l’état de santé des condensateurs en ligne.
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TITLE
Modeling, ageing and health monitoring of metallized film capacitors used for aeronautic
applications
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ABSTRACT
Nowadays, aeronautic research field is moving towards a more electric aircraft. Although this
evolutionary path offers many advantages from a financial and ecological point of view, the
increased power source usage sets additional constraints on the different electrical systems
used onboard. Currently, passive components occupy 75% of the overall electronic
equipments used in avionics, whose 50% corresponds to capacitors. Consequently, these latter
must be able to withstand the harsh avionic operating conditions. In this thesis we were
particularly interested in the study of metallized film capacitors technology using polyester or
polypropylene as dielectric.

Thèse M. Makdessi
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A first approach consisted on the modeling of these components as function of frequency in
order to study the evolution of their electrical parameters under consistent avionic stresses.
These models were also developed on the purpose of tracking the degradation of the
capacitors parameters over time. This operation was done by the means of accelerated floating
ageing tests, where capacitors were subjected to different constant voltages and temperatures.
Original capacitance ageing laws were thus proposed based on the identification of voltage
and temperature degradation kinetics. However, since traditional floating ageing tests, do not
reflects the normal ageing of the component, degradation kinetics of metallized films
capacitors under high ripple currents, alone or combined with a DC voltage across the devices
terminals where also studied, and the associated failure mechanisms were identified.
A final step consisted on the health monitoring of metallized film capacitors online based on
the experimental ageing data.
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MOTS-CLES
Systèmes de stockage d’énergie, condensateurs à films polymère métallisés, essais de
vieillissement accélérés, lois de vieillissement, mécanismes et modes de défaillances,
surveillance de l’état de santé, fiabilité, polyester, polypropylène, environnement avionique.
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INTITULE ET ADRESSE DU LABORATOIRE :
Ampère UMR CNRS 5005
UCBL, Bât. Omega 3ème étage
43, boulevard du 11 Novembre 1918
69622 Villeurbanne Cedex, France

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Remerciements
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été effectués au sein du laboratoire AMPERE
(UMR CNRS 5005) dans le groupe de recherche : "Fiabilité, Diagnostic et Supervision". Je
tiens particulièrement à remercier Monsieur Pascal Venet, professeur des universités à
l’UCB qui a dirigé cette thèse avec beaucoup de passion, persévérance et compétence. Je le
remercie d’avoir toujours été disponible et enthousiaste lors des multiples discussions et je lui
suis très reconnaissant pour la confiance qu’il m'a accordée.
Je tiens également à remercier Monsieur Ali Sari mon encadrant de thèse et maître de
conférences à l’UCBL à qui je présente ma grande considération et ma gratitude pour son
aide et ses précieux conseils ainsi qu’au temps qui m’a attribué afin de réaliser ce travail.
Je remercie Monsieur Marcelo Iturriz, intervenant industriel de la société Airbus pour
l'intérêt qu'il a porté à ce travail.
Un grand merci à Pascal Bevilacqua, ingénieur à l’INSA de Lyon qui m’a aidé à concevoir
l’une des réalisations de cette thèse.
Je remercie Monsieur François Forest pour l’honneur qu’il m’a fait de présider le jury.
Je tiens à remercier Monsieur Yves Ousten, Professeur à l’université de Bordeaux 1, et
Monsieur Thierry Talbert, Maître de conférences à l’Université de Perpignan, d’avoir
accepté d’être les rapporteurs de ce travail.
Messieurs Charles Joubert et Daniel Roger m'ont fait l'honneur de participer au Jury de
soutenance; je les en remercie profondément.
Je remercie également mes collègues de travail et ceux avec qui j’ai partagé mon bureau
(Ronan, Menad, Abdou et Seima), pour l’affectueuse amitié dont ils ont toujours fait preuve.
J’ai pu travailler dans un cadre particulièrement agréable, grâce à l’ensemble des membres
du laboratoire. Merci à tous pour votre bonne humeur et pour toutes ces séances de rires et
de sourires.
J’associe également à ces remerciements tous mes amis, Roberto, Reina, Marc, Raja, Emil,
Mazen et toute ma famille qui, malgré la distance, m’est restée si proche pendant toute cette
période : ma mère, mon père, mes sœurs, mes petits neveux…
Enfin, je dédie ce travail à tous les membres de ma famille pour leurs encouragements et pour
leur soutien depuis le début et surtout à Mirna qui m’a supporté tout au long de cette période
et qui, je l’espère, le continuera encore pendant de longues années.