Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

N° d’ordre : H599 ED 72 SPI Rapport de Synthèse présenté à L’UNIVERSITE DES SCI

N° d’ordre : H599 ED 72 SPI Rapport de Synthèse présenté à L’UNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LILLE en vue d’obtenir L’HABILITATION A DIRIGER DES RECHERCHES par Stéphane BRISSET Docteur de l’Université des Sciences et Technologies de Lille Ingénieur de l’Ecole Centrale de Lille (IDN) Démarches et Outils pour la Conception Optimale des Machines Electriques Le 18 décembre 2007, devant le jury composé de : MM. Jean-Louis COULOMB Rapporteur Laurent KRAHENBUHL Rapporteur Claude MARCHAND Rapporteur Christophe ESPANET Examinateur Francis PIRIOU Examinateur, Président Pascal BROCHET Examinateur, Directeur tel-00264041, version 3 - 27 Apr 2008 tel-00264041, version 3 - 27 Apr 2008 AVANT-PROPOS Ce document est un mémoire en vue de l’obtention de l’habilitation à diriger des recherches et se compose de quatre parties. La première partie, intitulée « parcours », présente mon cursus de formation et mes activités de recherche et d’enseignement. Elles ont été réalisées en tant qu’enseignant- chercheur à l’école des Hautes Etudes Industrielles puis comme maître de conférences à l’Ecole Centrale de Lille. La seconde partie, intitulée « synthèse des activités de recherche », dresse un bilan quantitatif des encadrements, collaborations industrielles, animations scientifiques et activités administratives. La troisième partie liste l’ensemble de mes publications. Les articles complets ne sont pas donnés en annexes, autant pour des raisons de droits que pour ne pas alourdir ce rapport. Enfin, la dernière partie est le mémoire scientifique. Je profite de cette occasion pour remercier vivement les rapporteurs qui ont accepté de consacrer une partie de leur temps précieux pour lire mon mémoire en cette fin d’année très chargée : Jean-Louis Coulomb, professeur à l’INPG, Laurent Krahenbuhl, directeur de recherche CNRS au laboratoire Ampère, et Claude Marchand, professeur à l’université Paris XI. Les discussions que nous avons eues après la remise des rapports et leurs encouragements m’ont aidé pour préparer la soutenance. J’adresse mes remerciements à Christophe Espanet, professeur à l’UTBM, et Francis Piriou, professeur à l’USTL et directeur du L2EP qui ont accepté simplement et rapidement de faire partie du jury. Bien que la rédaction d’un mémoire d’habilitation à diriger des recherches soit un travail personnel, il n’aurait pas été possible sans l’aide de certaines personnes que je tiens à remercier. J’adresse mes remerciements à mes collègues co-fondateurs de l’équipe COSME avec lesquels j’entretiens une amitié sincère : Michel Hecquet, Frédéric Gillon et Pascal Brochet. L’ampleur des nouveaux projets est telle qu’ils mobilisent toutes les compétences de l’équipe et la force des liens entre ses membres permet à chacun de travailler sereinement en faisant face aux difficultés de notre métier. Je pense également aux docteurs ou futurs docteurs qui m’ont accompagné pendant trois années : Omessad Hajji, Darius Vizireanu, Aurélie Fasquelle, Tuan-Vu Tran et Fouzia Moussouni. Les opérations conception et optimisation du GdR M2EMS puis SEEDS ont permis des échanges très enrichissants et une meilleure connaissance des compétences nationales. J’adresse un grand merci à mes amis Frédéric Wurtz et Christophe Espanet, animateurs de ces opérations. Enfin, je dédis ce mémoire à mes enfants Adrien et Zoé et à mon épouse Isabelle pour leur soutien et leur patience tout au long de la rédaction de ce mémoire. tel-00264041, version 3 - 27 Apr 2008 tel-00264041, version 3 - 27 Apr 2008 SOMMAIRE PARCOURS.......................................................................................................7 Curriculum Vitae............................................................................................................. 9 Activités de Recherche.................................................................................................. 11 Activités d’Enseignement ............................................................................................. 15 SYNTHESE DES ACTIVITES DE RECHERCHE.................................................19 Encadrements de Doctorants......................................................................................... 21 Encadrements de DEA et Master Recherche ................................................................ 25 Collaborations Industrielles .......................................................................................... 25 Activités dans la Communauté Scientifique ................................................................. 27 Activités Administratives.............................................................................................. 28 LISTE DES PUBLICATIONS.............................................................................29 Brevets d’invention ....................................................................................................... 31 Publications dans des Revues Internationales............................................................... 31 Publications dans des Revues Nationales ..................................................................... 33 Communications lors de Conférences Internationales.................................................. 33 Communications lors de Conférences Nationales......................................................... 35 Rapports de Synthèse .................................................................................................... 35 MEMOIRE SCIENTIFIQUE..............................................................................37 I. Introduction................................................................................................................ 39 II. Méthodologies en conception de machines électriques............................................ 42 II.1. Démarche de conception ................................................................................... 42 II.2. Nature des problèmes ........................................................................................ 44 II.3. Formulations mathématiques............................................................................. 44 II.3.1. Problème sans contraintes .......................................................................... 45 II.3.2. Variables continues, discrètes et mixtes..................................................... 45 II.3.3. Problème avec contraintes.......................................................................... 46 II.3.4. Problème multi-objectif.............................................................................. 46 II.4. Changements de formulation............................................................................. 47 II.4.1. Transformation des contraintes en pénalités .............................................. 47 II.4.2. Prise en compte des contraintes par le Lagrangien..................................... 50 II.4.3. Optimum de Pareto, dominance et front..................................................... 54 II.4.4. Réduction des objectifs............................................................................... 56 II.4.5. Transformation des pénalités en objectif.................................................... 60 II.4.6. Récapitulatif des transformations............................................................... 61 III. Modèles utilisés en conception de machines électriques ........................................ 63 III.1. Orientation des modèles................................................................................... 63 III.2. Problème inverse.............................................................................................. 64 III.3. Les modèles analytiques .................................................................................. 65 III.4. Les modèles éléments finis .............................................................................. 69 III.5. Les modèles semi-numériques ......................................................................... 73 III.4. Positionnement et complémentarité ................................................................. 74 tel-00264041, version 3 - 27 Apr 2008 IV. Construction de modèles......................................................................................... 76 IV.1. Moteur roue...................................................................................................... 76 IV.2. Génératrice synchrone polyphasée .................................................................. 83 IV.3. Transformateur de sécurité .............................................................................. 87 V. Les algorithmes d’optimisation................................................................................ 90 V.1. Le beurre et l’argent du beurre.......................................................................... 90 V.2. Caractéristiques des algorithmes....................................................................... 91 V.3. Diversité des algorithmes.................................................................................. 93 V.3.1. Recherche linéaire...................................................................................... 93 V.3.2. Méthodes déterministes locales.................................................................. 94 V.3.3. Méthodes déterministes globales ............................................................... 96 V.3.4. Méthodes stochastiques mono-objectifs..................................................... 98 V.3.5. Méthodes stochastiques multi-objectifs ................................................... 100 V.4. Positionnement et complémentarité ................................................................ 101 V.5. Méthodes pour variables mixtes...................................................................... 102 V.6. Méthodes pour modèles de différentes précisions .......................................... 104 VI. Optimisation des machines électriques................................................................. 106 VI.1. COMPUMAG TEAM workshop n°22 et 25 ................................................. 106 VI.1.1 Bobines supraconductrices pour le stockage d’énergie ........................... 106 VI.1.2. Presse à aimants ...................................................................................... 110 VI.2. Moteur roue.................................................................................................... 112 VI.3. Transformateur de sécurité ............................................................................ 116 VII. Conclusions et perspectives................................................................................. 120 VII.1. Algorithmes déterministes et exhaustifs pour le multi-objectif.................... 124 VII.2. Choix structurels et matériaux...................................................................... 125 VII.3. Optimisation systémique multi-niveau et multi-échelle............................... 126 VI. Références du mémoire scientifique..................................................................... 130 tel-00264041, version 3 - 27 Apr 2008 7 PARCOURS tel-00264041, version 3 - 27 Apr 2008 tel-00264041, version 3 - 27 Apr 2008 9 Curriculum Vitae ETAT CIVIL Nom : BRISSET Prénom : Stéphane Date et lieu de naissance : 24 juillet 1969 à Bad Godesberg (Allemagne) Nationalité : Française Fonction : Maître de Conférences Etablissement : Ecole Centrale de Lille Cité Scientifique – BP 48 59651 Villeneuve d’Ascq cedex Laboratoire : Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille (L2EP) Téléphone : 03.20.33.54.29 Fax : 03.20.33.54.54 Courriel : stephane.brisset@ec-lille.fr Page personnelle : http://www.univ-lille1.fr/l2ep/c-st-br.htm FORMATION 1995 : DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LILLE Spécialité : Génie Electrique Mention très honorable avec les félicitations du jury Titre de la thèse : « Outil et Méthodologie pour la conception des Moteurs à Réluctance Variable à Double Saillance » Président : G. Séguier Directeurs : C. Rombaut, P. Brochet Rapporteurs : G. Meunier, C. Broche Examinateurs : S. Allano, G. Dauge 1992 : DIPLOME D’ETUDES APPROFONDIES Spécialité : Génie Electrique Mention bien Sujet du mémoire : « Modélisation d’un moteur asynchrone et comparaison des méthodes de la magnétodynamique complexe et du pas à pas dans le temps avec l’expérience » Responsable : P. Brochet 1992 : INGENIEUR CENTRALE LILLE (IDN), OPTION ELECTRONIQUE INDUSTRIELLE tel-00264041, version 3 - 27 Apr 2008 10 EXPERIENCES PROFESSIONNELLES depuis septembre 2001 : Maître de Conférences à l’Ecole Centrale de Lille et Chercheur dans l’équipe Conception et Optimisation des Machines Electriques (COME) du Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille - Enseignement de l’électricité, de l’électrotechnique, de l’électronique de puissance et de la conception optimale aux élèves ingénieurs. - Enseignement des démarches et techniques d’optimisation dans le master de recherche Energie Electrique et Développement durable. - Responsable de la filière Conception de Produits et Systèmes innovants. - Pilote et directeur scientifique dans le cadre de l’activité projet. - Recherche dans les domaines de la modélisation, de la conception et de l’optimisation des machines électriques. - Collaborations industrielles pour la réalisation de recherches et études. juin 96 – août 2001 : Enseignant Chercheur au sein du département Génie Electrique de l’école des Hautes Etudes Industrielles (HEI) et Chercheur dans l’équipe COME du L2EP - Enseignement de l’électricité, des machines électriques et du calcul de champ par la méthode des éléments finis aux élèves ingénieurs. - Recherche dans les domaines de la modélisation, de la conception et de l’optimisation des machines électriques. - Collaborations industrielles pour la réalisation de recherches et d’études. - Responsable de la commission pédagogique du département GE. - Responsable du laboratoire de développement du département GE. février 95 – janvier 96 : Ingénieur Etude au service électronique du Centre d'Expérimentations Pratiques de l'Aéronautique navale (CEPA) lors du service national octobre 92 – janvier 95 : Doctorant et Ingénieur Recherche sous contrat CIFRE avec le Centre Européen de Recherche de MOULINEX et le L2EP - Préparation d’une thèse portant sur les moyens de simulation et d’optimisation d’un moteur à réluctance variable à double saillance. - Réalisation d’un superviseur pour la conception et l’optimisation des machines électriques. - Amélioration d’un logiciel de simulation des machines électriques par la méthode des éléments finis avec un couplage électronique-magnétique- mécanique. - Enseignant vacataire en Génie Electrique. mai 92 – août 92 : Stage de DEA et de fin d'étude d'ingénieur pour la Direction des Etudes et Recherches d'EDF dans les locaux de l'Ecole Centrale de Lille. - Modélisation d’un moteur asynchrone et uploads/Science et Technologie/ opti.pdf