Thèse Méthodes de Détection des Décharges Partielles Adaptées aux Ondes de Tension Carrées à Fronts Raides H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : EEATS - Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal Laboratoire de recherche : Laboratoire de Génie Electrique Direction de la thèse : Pascal RAIN ORCID 0009000717157951 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59 L'objectif français de ramener à zéro les émissions nettes de gaz à effet de serre à l'horizon 2050 passe par un mix énergétique entièrement décarboné à cette échéance. Aujourd'hui, notre consommation énergétique finale repose encore pour plus de 60% sur les énergies fossiles, et est responsable de plus de 70% de nos émissions de gaz à effet de serre. A ces énergies fossiles devront être substituées des énergies décarbonées : renouvelables et nucléaire. Notre mix énergétique verra donc fortement croître la part des énergies solaires et éoliennes. La décarbonation du mix passera pour partie importante par l'électrification des usages.
Que ce soit au niveau de la production ou de l'utilisation de l'énergie électrique, la conversion, en particulier de type DC/AC, est nécessaire.
Du côté de la production, par exemple la centrale photovoltaïque, l'augmentation de la demande et la généralisation de l'énergie électrique pousse à toujours augmenter les puissances converties par les centrales. Afin de permettre cette hausse des puissances, une montée en tension des systèmes est nécessaire pour ne pas affecter l'efficacité énergétique du système. Cette mise en série implique alors une augmentation des tensions nominales en entrée du convertisseur DC/AC permettant d'interfacer la centrale au réseau électrique. De cette augmentation résulte alors des contraintes pour le convertisseur pouvant se répercuter sur le système d'isolation de ce dernier.
Du côté de l'applicatif, par exemple le véhicule électrique, les contraintes augmentent aussi sur l'isolation électrique. Cette fois-ci, les niveaux de tension restent relativement faibles, de l'ordre de 400 à 800 V, mais néanmoins supérieurs aux seuils d'apparition des décharges partielles (DP). Celles-ci peuvent provoquer un certain nombre de dégradations (érosion des isolants, perturbations électromagnétiques, dégagement d'ozone, etc...) et, selon les conditions, conduire au vieillissement prématuré voire à la rupture des isolations. L'intégration et la recherche de compacité ajoutent des contraintes à l'isolation. Une densité de puissance volumique élevée est obtenue grâce à des composants semi-conducteurs WBG (SiC ou GaN) au sein du convertisseur, dont les vitesses de commutation sont élevées. Cette compacité implique toutefois des amplitudes de champ électrique élevées au sein du convertisseur. Or, les fronts de commutation rapides des composants WBG peuvent induire des surtensions au niveau des bobinages statoriques de la machine. De plus, il est de plus en plus admis que les tensions d'apparition des décharges partielles (TADP) diminuent avec la vitesse des fronts de tension (le dV/dt). Pour ces deux raisons, le risque de DP est accentué. Enfin, avec le vieillissement des matériels, les TADP diminuent. Les DP représentent donc l'une des principales problématiques à adresser.
Les mesures de DP sont traditionnellement réalisées sous tension alternative 50 Hz pour la validation et la surveillance des appareils du réseau électrique. Cependant, les dispositifs d'EP sont davantage confrontés à des contraintes en tension carrées unipolaires à fronts raides de commutation. L'utilisation plus poussée des composants WBG au sein des convertisseurs explique la présence de ces fronts raides de commutation. Les techniques utilisées en AC 50 Hz ne peuvent pas être utilisées pour détecter des DP sous ondes de tension à front raides, et actuellement, il n'existe pas de techniques de mesure normalisées, ni même communément utilisées. Cette absence d'outil de test adapté ne permet pas de valider les prototypes et encore moins de surveiller les installations fonctionnant sous ondes à fronts raides. C'est donc l'objectif de ce projet.
Cette thématique de recherche suscite un grand intérêt dans la littérature actuelle. La méthode de mesure de décharges partielles pour les appareils fonctionnant à 50 Hz consiste à intégrer l'impulsion de courant de la DP grâce à un quadripole de type RLC parallèle. Or la commutation à front raide provoque un courant capacitif élevé (I(t)= C dV/dt) qui serait mesuré par ce dispositif comme une DP. Le dispositif n'est donc pas adapté.
Des détections lumineuses sont possibles et mises en oeuvre au G2Elab avec des photomultiplicateurs pour les décharges visibles. Elles sont bien corrélées en temps et en amplitude aux mesures électriques à 50 Hz. Cependant elles ne permettent pas de détecter les décharges internes non visibles. De plus si elles permettent une détection, elles ne permettent pas jusqu'à présent de quantifier l'amplitude de la décharge (en pC) comme la méthode traditionnelle.
Les mesures Développement d'une technique de mesure des décharges sous onde de tension à front raide qui permette la quantification de l'amplitude des décharges, éventuellement par un processus de calibration, qui couvre une gamme de fréquence assez large pour s'appliquer à une grande variété de matériels et de conditions de mesure (le spectre des DP variant avec la pression environnante). - Etude bibliographique sur les décharges partielles, leurs méthodes de mesure en AC 50Hz, et les méthodes développées pour les fronts raides
- Prise en main du banc expérimental Haute Tension du G2Elab.
- Etude des structures d'antenne et de leur bande passante (collaboration JM Duchamp, spécialiste RF).
- Orientation vers une technologie de détection (antenne, HFCT ou autre). Conception et réalisation du détecteur/ mesureur.
- Définition et réalisation des objets d'essai sources de DP
- Mesures comparatives à 50Hz. Mesures comparatives sous front raide avec le photomultiplicateur.
- Mesures sur structures complexes (convertisseurs) (liens avec l'équipe EP).

- Niveau M2 ou diplôme d'ingénieur en génie électrique
- Appétence pour les travaux expérimentaux et le montage de bancs d'essais
- Bonne maitrise de l'anglais (écrit et oral) indispensable
- Ouverture d'esprit et culture scientifique