Contribution à l'analyse et à la modélisation des couplages électromagnétiques au sein de torons de câbles à grand nombre de liaisons : application aux câblages aéronautiques

Contribution to model and analyze electromagnetic coupling into bundles with lots of cables : applied to aeronautical harnesses

• Auteur / Autrice : Charles Jullien
• Direction : Philippe Besnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et télécommunications
• Date : Soutenance le 12/02/2013
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes) - Office national d'études et recherches aérospatiales (Toulouse, Haute-Garonne). Département Environnement Spatial (DESP) - INSTITUT d'Electronique et deTélécommunication de Rennes
• Partenaire(s) de recherche : : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Jury : Président / Présidente : Françoise Paladian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Junqua, Fabien Terrade, Michel Dunand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farhad Rachidi, Marc Hélier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Faisceaux électroniques

ARN bicaténaire

Câbles de télécommunications

Électromagnétisme

Modélisation tridimensionnelle

Théorie électromagnétique

Mots clés libres

Couplage électromagnétique

Câble

Torons

Modélisation

Bifilaire

Torsadage

Courant induit

Section de câble

Electromagnetic theory

Electromagnetism

Telecommunication cables

Résumé

Cette thèse porte sur l’analyse et la modélisation des interactions électromagnétiques sur des torons aéronautiques constitués de câbles multiconducteurs représentatifs de la réalité industrielle. En effet les évolutions technologiques (introduction de matériaux composites, augmentation des fonctions électriques,..) conduisent à revoir les niveaux d’exigence des couplages électromagnétiques sur torons de câbles. Ainsi, les outils de dimensionnement de ces couplages s’avèrent indispensables pour décider des choix technologiques d’architectures des câblages.Dans ce contexte, les codes numériques basés sur la théorie des lignes de transmission permettent de calculer les couplages électromagnétiques au sein de torons multiconducteurs. Ces modèles numériques doivent être alimentés par la description géométrique des sections droites de toron. Un outil logiciel de génération de sections droites de toron a étévalidé dans un premier temps par comparaison à une référence bibliographique, puis par une étude expérimentale d’un toron réel d’A380. Cette étude de suivi de positionnement de conducteur dans le toron a mis en évidence que le cheminement des câbles au sein du toron dépendait de leur rigidité. Ainsi, la bifilaire torsadée non blindée est le câble dont le cheminement est le moins maîtrisé. De plus, ce type de câble très couramment utilisé pour transmettre desdonnées en mode différentiel, est à l’origine de couplages spécifiques qu’il est essentiel d’analyser pour correctement les modéliser. Par conséquent, le premier cas étudié est composé d’une bifilaire torsadée agresseur et d’une monofilaire victime. Les simulations numériques ont montré que les courants induits le long de la monofilaire victime présentaient un motif propre à la torsade de la bifilaire agresseur. Ce motif a été expliqué par une approche analytique et confirmé par expérimentations. La prise en compte des torsades dans une simulation numérique induisant des temps de calculs prohibitifs, un modèle simplifié de câble torsadé basé sur un moyennage des paramètres linéiques a été développé et validé. L’effet des extrémités dé-torsadées résultant de la connectorisation a également été évalué d’un point de vue numérique et expérimental. Les cas d’étude ont ensuite été complexifiés à des couplages entre bifilaires torsadées jusqu’à traiter un toron réel de plus de 60 conducteurs. Un banc expérimental a été développé. La modélisation numérique de ce toron complexe a été réalisée et les résultats numériques de couplages électromagnétiques confrontés aux données expérimentales. En vue de réduire considérablement les temps de calculs, le modèle simplifié a étéappliqué à ce toron. Sa potentialité a été démontrée. Une analyse statistique de la dispersion des couplages lectromagnétiques au sein de ce toron complexe a finalement été abordée.

This thesis focuses on the analysis and the modeling of electromagnetic interactions on aeronautical bundles made of multicore cables representative of the industrial reality. Indeed, technological changes (introduction of composite materials, increased electrical functions, ...) force to reconsider the requirement levels of electromagnetic coupling on cable bundles. Thus, the design tools of these electromagnetic couplings are essential to help to technological choices of architectureswiring. In this context, numerical software based on transmission line theory can calculate the electromagnetic coupling in complex bundles. These numerical models need the geometric description of bundles cross sections. A software tool for generating bundles cross sections was initially validated by comparison to a bibliographic reference, followed by anexperimental study of a real bundle arised from an A380. This analysis of conductors positioning along the bundle showed that the cable routing depends on the cable stiffness. Thus, the unshielded twisted cable appears to be the cable which routing is less controlled. In addition, this type of cable most commonly used to tr nsmit data in differential mode can generate specific couplings which are important to analyze for correctly modeling this cable. Therefore, the first case studied is composed of a twisted pair cable aggressor and a single victim wire. Numerical simulations have shownthat the induced currents along the victim wire had a behavior specific to the twist of the twisted pair cable aggressor. This pattern has been explained by an analytical approach and confirmed by experiments. Taking into account twists in numerical simulation leads to prohibitive computational time. Therefore, a simplified model based on averagingparameters per unit length of twisted cable was developed and validated. The effect of untwisted ends resulting from connection was also assessed numerically and experimentally. Case studies were complicated to coupling between twisted pair cabl es and finally to a real bundle with more than 60 wires. An experimental bench was developed. Numerical modeling of the complex bundle has been carried out and numerical results of electromagnetic couplings compared to experimental data. In order to significantly reduce the computation time, the simplified model was applied to this bundle. Itsefficiency has been demonstrated. A statistical analysis of the dispersion of electromagnetic couplings within this complex bundle was finally addressed.