amokrane partie 1 2

,QVWLWXW1DWLRQDO3RO\WHFKQLTXHGH7RXORXVH,137RXORXVH
*pQLH(OHFWULTXH(OHFWURQLTXHHW7pOpFRPPXQLFDWLRQV*((7
eWXGHHWPLVHHQ°XYUHGHFRXSODJHWKHUPRpOHFWULTXHHQYXHGH
OLQWHQVLILFDWLRQGpFKDQJHGHFKDOHXUSDUPRUSKLQJpOHFWURDFWLI
PHUFUHGLMXLOOHW
0RXQLU$02.5$1(
*pQLHpOHFWULTXH
3U&KULVWLDQ&28572,6
3U*X\)5,('5,&+
3U%HUWUDQG12*$5('(
'U0DUF0,6&(9,&
/DERUDWRLUH3ODVPDHW&RQYHUVLRQG(QHUJLH/$3/$&(805
3U&KULVWLDQ&28572,6
3U*X\)5,('5,&+
'U)UpGpULF723,1
3U%HUWUDQG12*$5('(
'U0DUF0,6&(9,&

À ma femme,
à mes parents,
à mes beaux-parents,
à mon frère,
à ma belle soeur
et à tous mes amis.

Résumé
Le développement et l’utilisation de nouveaux matériaux, tel que le carbure de si-
licium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN), a permis un accroissement sensible des
densités d’énergie traitées par les nouveaux composants de l’électronique de puissance,
assortie d’une augmentation de leur compacité. Parallèlement à ces progrès technolo-
giques, la généralisation de l’électricité en tant que vecteur d’énergie primaire au sein
de systèmes de plus en plus répartis, incluant des moyens de traitement de l’information
au plus près de la fonction réalisée, ouvre la voie à une nouvelle génération de systèmes
mécatroniques hautement intégrés. Or, l’émergence de ces nouvelles fonctions soulève
une question critique liée au mode de refroidissement de ces éléments. Cette question
est intimement couplée aux aspects énergétiques et à leur impact environnemental, im-
posant une amélioration significative des rendements énergétiques mesurés à l’échelle
de la fonction complète.
C’est dans ce contexte que l’étude présentée traite tout d’abord de systèmes de récu-
pération de la chaleur résiduelle dissipée au sein de systèmes électroniques de puissance
en vue d’alimenter de manière autonome des capteurs, où autres systèmes fonctionnels,
via l’énergie " ambiante " ainsi récupérée. Parmi les consommateurs plus particulière-
ment ciblés, des fonctions innovantes d’intensification par voie électromécanique des
échanges de chaleurs au sein d’échangeurs thermique sont étudiées et mises en oeuvre.
A terme, l’idée serait ainsi d’alimenter les systèmes d’actionnement assurant l’optimi-
sation des échanges de chaleur au sein du système de refroidissement d’une carte élec-
tronique au moyen même de la chaleur qu’elle dissipe, récupérée sous forme d’énergie
électrique. A cette fin, les différents procédés de conversion de la chaleur en électricité
sont examinés, modélisés et mis en oeuvre dans la suite de ce travail. Deux types de
conversion d’énergie complémentaires sont tour à tour considérés : La conversion par
effet thermoélectrique, utilisant l’effet Seebeck qui a lieu en présence d’un gradient de
température et l’effet pyroélectrique qui apparait en présence de variation temporelle de
la température. Ces deux phénomènes sont analysés et décrits à l’aide de modélisations
physiques et comportementales, incluant une approche expérimentale ayant nécessité la
mise en place de bancs d’essai spécifiques. L’électricité récupérée par conversion pyro-
électrique est par la suite mise en forme grâce à des systèmes de redressement à faible
tension de seuil spécialement développés. La faisabilité de systèmes d’alimentation au-
tonomes de capteurs déportés, où de systèmes d’émission (ponctuelle) de mesure, est
alors concrètement démontrée en se basant sur les résultats obtenus.
Ouvrant la voie à un concept de refroidissement actif des puces électroniques, tirant
directement parti de la chaleur dissipée pour son alimentation grâce aux deux procédés
préalablement étudiés, la problématique de l’intensification des transferts de chaleur au
i