Soutenance de thèse de Modar JOMAA

Encadrants

M.François COSTA, Professeur des universités à l'Université Paris-Est Créteil (Directeur de thèse)

Dejan VASIC, Professeur des universités à CY Cergy Paris Université (Encadrant)

Pierre-Etienne LÉVY,  Maître de conférences à l' ENS Paris-Saclay (Encadrant)

Marwan ALI, Docteur ingénieur expert senior chez Safran Tech (Encadrant industriel)

 

Composition du jury

Frédéric GIRAUD, Professeur des universités à l' Université de Lille (Rapporteur et examinateur) 

Yves LEMBEYE, Professeur des universités à l' Université de Grenoble Alpes (Rapporteur et examinateur)

Valérie POMMIER-BUDINGER, Professeure des universités à l' ISAE-SUPAERO (Examinatrice) 

Lionel PETIT, Professeur des universités à l' INSA de Lyon (Examinateur)

Mots clés : Dégivrage piézoélectrique, actionneur piézoélectrique, ARCPI, commutation douce.

 

Résumé

Les contraintes environnementales et l’opinion publique, ont conduit les équipementiers aéronautiques à accélérer la transition énergétique à travers l’avion plus électrique. Ceci se traduit par une tendance à remplacer les systèmes hydrauliques et pneumatiques par des chaînes de conversion électromécanique. Le système de dégivrage est un candidat de choix pour cette transition. L'accumulation de glace sur les aéronefs a été reconnue comme risque majeur dans le domaine de l’aéronautique dès le début du XXe siècle. Les solutions actuellement utilisées en vol, telles que le flux d’air chaud, les boudins pneumatiques, les systèmes électrothermiques, le fluide chimique ou les systèmes électromécaniques impulsifs-expulsifs, offrent une protection plus ou moins efficace, mais présentent des inconvénients tels qu’une consommation d’énergie significative, un encombrant ou une applicabilité limitée à certains types d’aéronefs. De plus, dans le cadre des avions plus électriques, les systèmes dépendants des moteurs thermiques sont susceptibles de devenir obsolètes, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux systèmes électriques. Le système de dégivrage piézoélectrique s’est récemment révélé pertinent en termes de consommation d’énergie et de masse embarquée, et fait l’objet de cette thèse. Celle-ci se concentre sur la conception d’un système de dégivrage piézoélectrique résonant, ainsi que sur son alimentation associée. Ce système repose sur l’utilisation des actionneurs piézoélectriques pour exciter en vibration la structure à dégivrer à une fréquence donnée. Lorsque cette fréquence correspond aux modes de résonance propres de la structure, l’amplitude des vibrations augmente, générant des niveaux élevés de contraintes et de déformations, dépassant les résistances critiques de la glace (traction/compression, adhésion ou les deux) et provoquant sa rupture. L’objectif de cette thèse est donc de développer dans un premier temps un dispositif capable de démontrer une bonne efficacité et une rapidité de dégivrage avec une consommation d’énergie minimale. Pour ce faire, une méthodologie de positionnement et de pilotage des actionneurs est proposée, utilisant une approche analytique et modale par éléments finis pour identifier les modes de résonance les plus contributifs au dégivrage. Une validation expérimentale en plusieurs étapes menant à un prototype de dégivrage opérationnel est assurée. Dans un second temps, l’accent est mis sur le développement d’une alimentation de puissance adaptée aux actionneurs piézoélectriques. Compte tenu de la dépendance du comportement électrique des actionneurs à la charge mécanique et à la température, certains aspects doivent être pris en compte lors de la conception de l'alimentation électrique. Une recherche exhaustive dans la littérature est entreprise pour identifier les topologies appropriées pour piloter des charges piézoélectriques, conduisant à la proposition de la topologie d’onduleur ARCPI-LLCC. Cette dernière offre des avantages significatifs en termes de performance globale du système, notamment en termes de compensation de l'énergie réactive et de réduction du taux de distorsion harmonique. Enfin, l'ARCPI-LLCC est utilisée pour piloter le prototype de dégivrage conçu selon la méthodologie proposée. Les résultats obtenus démontrent un dégivrage opérationnel avec un rendement optimisé, validant ainsi l'efficacité de cette technologie.