Caractérisation et modélisation électromagnétique de multimatériaux composites : application aux structures automobiles

Electromagnetic characterization and modeling of composite multi-materials : application to automotive structures

• Auteur / Autrice : Ammar Kader
• Direction : Geneviève Duchamp, Marco Klingler, Tristan Dubois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 10/04/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : : Université Bordeaux-I (1971-2013)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Vinassa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marco Klingler, Jean-Michel Vinassa, Hélène Fremont, Alexandre Piché, Lionel Pichon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Besnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Industrie et commerce

Électronique de puissance

Applications industrielles

Compatibilité électromagnétique

Mots clés libres

CEM automobile,

Matériaux composites

Modélisation surfacique

Permittivité diélectrique

Caractérisation

Théorie des milieux effectifs

Conductivité électrique

Modèle macrofibres

Puissance total rayonnée

Caractérisation et modélisation de couplages électromagnétiques

Automotive EMC

Composite materials

Surface modeling

Complex relative permittivity

Experimental characterization

Multilayered effective media theory

Electrical conductivity

Surface equivalent modeling

Macro-fibers model

Radiated total power

Characterization and modeling of electromagnetic coupling

Résumé

Ce manuscrit se focalise sur l’effet de divers matériaux composites sur les différentes problématiques de compatibilité électromagnétique dans un véhicule automobile. Les modèles surfaciques des matériaux diélectriques sont validés en confrontant des résultats de mesures et de simulation de leurs permittivités. Ceux des matériaux conducteurs le sont en confrontant le modèle d’impédance de surface à un modèle filaire et en effectuant des mesures des simulations de paramètres S sur une structure majoritairement constituée par un matériau de ce type. Dans les deux cas, la technique de modélisation donne de bons résultats. L’évaluation de l’effet de ces matériaux sur les problématiques de CEM au niveau d’un véhicule est faite sur un démonstrateur qui intègre les équipements et les faisceaux embarqués dans un véhicule en les représentants par des monopôles et des fils conducteurs. L’évaluation des effets des différents matériaux composites sur les problématiques CEM est faite par mesure et simulation des couplages électromagnétiques à l’intérieur du démonstrateur et entre le démonstrateur et une antenne test. L’analyse des couplages électromagnétiques confirme que le modèle d’impédance de surface reproduit assez bien les comportements des matériaux composites étudiés. Concernant l’effet des matériaux composites sur les problématiques CEM au niveau d’un véhicule, cette étude mène à deux résultats majeurs du point de vue de la compatibilité électromagnétique. Le premier concerne l’usage des matériaux diélectriques qui augmente globalement la plupart des couplages mesurés de 5 dB à 30 dB. Le second porte sur le matériau conducteur étudié qui n’a quasiment aucun effet sur les différents couplages analysés en comparaison de la structure en acier.

The main concern of this thesis is the characterization of the impacts of some composite materials on the main electromagnetic compatibility issues in a vehicle. The surface models of the dielectric materials are validated by confronting their simulated and measured permittivity. The surface model of the studied conductive material is validated by confronting it to a wire model and by measuring and simulating the S parameters on a structure constituted by such a material. It appears in both cases of dielectric and conductive composite materials that the surface impedance modeling technique gives a good description of the materials. The analysis of the effects of these materials on the EMC issues within a vehicle is done by use of a demonstrator representing the car body. The different equipment and harnesses embedded in a vehicle are represented in the demonstrator by some wires and monopoles. The evaluation of the impact of the composite materials on the EMC issues is done by measuring and simulating the different couplings within the demonstrator and between the demonstrator and a test antenna. The analysis of the different couplings confirms that the surface impedance material modeling approach describes well the materials under test. Concerning the impact of the composite materials on the EMC issues at a vehicle level, this analysis fulfills two main results. The first one concerns the dielectric materials. Indeed the use of these materials increases the different coupling by a value varying between at least 5 dB to 30 dB. The second conclusion concerns the use of conductive composite materials. It appears that they have no effect on the different couplings in comparison to the full steel structure.