Doctorant(e) - Méthodologie d'évaluation de l'impact CEM de l'électrification d'avions légers sur l'envi — Université de Technologie Tarbes Occitanie Pyrénées

Contexte de la thèse

Afin de permettre une forte densité de puissance, ces convertisseurs statiques sont amenés à fonctionner à des fréquences de commutation élevées, associées à des fronts de commutation très rapides en tension et courant. Les convertisseurs statiques constituent ainsi une source importante d’interférences électro-magnétiques et de très large spectre de fréquences.

Leur intégration entraîne donc un nouvel Environnement ElectroMagnétique (EEM) interne plus contraignant susceptible d’affecter le fonctionnement des systèmes électriques et électroniques existants de l’avion, [3]. Notamment, l’augmentation du nombre de chemins de câblage, tant pour les interconnexions de puissance que pour la transmission de données, accentue les problèmes de diaphonie entre signaux perturbateurs et systèmes sensibles. Également, la tendance généralisée à l’introduction de matériaux structurels composites carbone amène à revisiter les règles d’installations des câblages électriques et des équipements de façon à limiter les problèmes de CEM résultant de la conductivité électrique limitée de ces matériaux.

Cette évolution drastique de l’EEM axe la recherche CEM d’une part, au niveau équipements, vers des solutions visant à atténuer les interférences électromagnétiques émises par les dispositifs [4] et, d’autre part, au niveau intégrateur, vers des méthodes et outils permettant de prédire et maitriser le nouvel EEM résultant des différents composants et choix d'intégration. L'objectif de ces études est de réduire les risques au plus tôt du processus de développement et de permettre la validation lors de la phase de qualification.

Objectifs scientifiques et Question recherche

Dans ce contexte, l’UTTOP, l’ONERA et DAHER visent, par ce sujet de thèse, à adresser la problématique de prédiction du nouvel EEM (Environnement Electro-Magnétique) de l’électrification d’avions légers TBM/Kodiak. L’approche envisagée associe les moyens d’essais des chaînes de conversion de puissance du banc BICEPS, la modélisation numérique et la caractérisation de l’infrastructure avion. Le banc d’expérience concernera l’intégration d’un réseau MVDC interfacé au réseau d’alimentation avionique 28 V existant par un convertisseur DC-DC.

L’objectif final de la thèse est alors de montrer de quelle manière une approche couplée caractérisation expérimentale/modélisation permet de répondre à cet objectif en développant une méthode généralisable aux évolutions des architectures associées à l’électrification des fonctions. Cette approche pourra inclure les différentes étapes.

Le (la) candidat(e) devra être issu d’une formation ou présentée une expérience significative dans un des domaines suivants : génie électrique / électronique / électronique de puissance / CEM. Outre des qualités techniques à attester, le (la) candidat(e) devra posséder une curiosité scientifique pour aborder les différentes étapes proposées mais aussi être force de proposition dans le déroulement de l’étude.

Une bonne maîtrise de l’électronique de puissance ainsi qu’une compréhension des concepts de compatibilité électromagnétique sont demandées. Une expérience en test et validation de systèmes électriques constituerait un plus significatif.

La maîtrise de logiciels Scilab, Python et/ou Matlab couplée à une connaissance d’un logiciel circuit de type Spice est demandé. Également, la maîtrise de logiciels de simulation numérique électromagnétique serait appréciée.

Le (la) candidat(e) devra également posséder un bon niveau de maîtrise de l’anglais et des qualités de communication et de synthèse écrites et orales en français comme en anglais.

Introduction

La soutenabilité environnementale et économique de la filière aéronautique à horizon 2050 repose en premier lieu sur l’électrification de l’aviation. La feuille de route définie par les acteurs institutionnels et industriels s’articule ainsi autour de l’électrification progressive, des fonctions non-propulsives (More-Electric Aircraft, MEA) à la propulsion hybride (Hybrid-Electric Aircraft, HEA) vers complétement électrique (All-Electric Aircraft, AEA), [1]. Dès lors, la recherche sur la conception, l’intégration et le pilotage des systèmes nécessaires à cette électrification (Stockage électrique, convertisseurs statiques et machines électriques) joue un rôle crucial.

Ces systèmes doivent en effet répondre aux très fortes contraintes de densité de puissance, environnementales (température, dépression, vibrations, humidité) et de sureté de fonctionnement du secteur aéronautique [2].

Dans ce cadre, l’Université de Technologie de Tarbes Occitanie Pyrénées (UTTOP) et l’industriel aéronautique Daher collaborent dans un projet de recherche traitant des enjeux de l’intégration de ces fonctions électriques sur les thématiques de la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM), du jumeau numérique et du pilotage. Ce projet d’une période de 5 ans (2024-2029) inclus 3 thèses et s’appuie sur le développement du banc d’essais BICEPS (Banc d’Intégration des Chaines Electriques de Puissances) dédié à l’étude et la validation des nouvelles architectures électriques intégrées, dan

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