Thèse soutenue

Impact du vieillisement sur le comportement des transistors de puissance grand gap, application à l'efficacité des convertiseurs d'énergie.
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Auteur / Autrice : Al Mehdi Bouchour
Direction : Olivier LatryPascal DherbecourtAhmed El Oualkadi
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique, microelectronique, optique et lasers, optoelectronique microondes robotique
Date : Soutenance le 01/12/2020
Etablissement(s) : Normandie en cotutelle avec Université Abdelmalek Essaâdi (Tétouan, Maroc)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Tanger
Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....)
Jury : Président / Présidente : Yassin Laaziz
Examinateurs / Examinatrices : Mounira Bouarroudj-Berkani
Rapporteurs / Rapporteuses : Zoubir Khatir, Jamal Zbitou, Abdeljabbar Cherkaoui

Résumé

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Ce travail de recherche s’inscrit dans la problématique de l’efficacité énergétique des convertisseurs de puissance à base de transistors GaN-HEMTs, cette thématique représente une importance primordiale pour des domaines tels que les transports, les énergies renouvelables ou encore les télécommunications. Les travaux développés dans cette thèse se déroulent en cotutelle entre l’Université Abdelmalek Essaadi de Tétouan-Maroc et l’Université de Rouen-Normandie-France. Ce travail représente un intérêt réel pour les industriels internationaux et pour l’agence marocaine pour l’énergie durable au Maroc, puisqu’il traite une problématique actuelle qui est celle de la fiabilité et l’efficacité énergétique des convertisseurs de puissance. Notre travail s’inscrit dans le développement de la technologie électronique dans le cadre d’un partenariat Maroc-France. Actuellement, les composants de puissance de nouvelle génération de technologie GaN (nitrure de gallium) ou SiC (carbure de silicium) remplacent peu à peu les technologies usuelles à base silicium. Des modèles électriques rencontrés en littérature sont adaptés à ces composants, cependant, leur intégration dans les systèmes de conversion d’énergie nécessite de connaître avec précision l’évolution de ces modèles face au stress subi, en premier lieu thermique et électrique. Ce travail de recherche consiste dans un premier temps à étudier l’impact des dégradations sur les éléments du composant à l’étude. Puis, dans un second temps, à partir du modèle, nous analysons l’impact des dégradations sur les performances d’un convertisseur de puissance. Concernant les applications mobiles alimentées par batterie comme les véhicules électriques, les avions « plus électriques » ou les applications photovoltaïques, une haute efficacité énergétique combinée à un poids faible et une conception compacte sont des exigences clés. En utilisant des semi-conducteurs à grand gap comme le GaN, il est possible de travailler avec des fréquences de commutation plus élevées. Par conséquent, le volume et le poids des composants magnétiques et des condensateurs peuvent être réduits de manière significative. En raison de leurs caractéristiques, les composants de technologie GaN constituent un choix crucial pour les convertisseurs DC-DC fonctionnant à des fréquences de commutation allant au-delà de quelques centaines de kHz jusqu’au MHz. Malgré les nombreux avantages qu’apporte la technologie GaN comparée à la technologie Si, la fiabilité doit encore être démontrée. Cela est dû d’une part à l’évolution continue du processus technologique adopté et, d’autre part en raison du manque d’information concernant les modes et les mécanismes de défaillance.