Écoconception en électronique de puissance. Impacts du dimensionnement, de la modularité et de la diagnosticabilité

Eco-design in power electronics. Impacts of sizing, modularity, and diagnosticability

• Auteur / Autrice : Briac Baudais
• Direction : Stéphane Lefebvre, Hamid Ben Ahmed, Gurvan Jodin, Nicolas Degrenne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 11/07/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie
• Partenaire(s) de recherche : référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Maussion, Jean-Christophe Crebier, Laurent Dupont, Frédéric Richardeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Maussion, Jean-Christophe Crebier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse du cycle de vie

Électronique de puissance

Écoconception

Mots clés libres

Écoconception

Électronique de puissance

Circularité

Modularité

Diagnosticabilité

Impact environnemental

Eco-Design

Power electronics

Circularity

Modularity

Diagnosability

Environmental impact

Résumé

L'écoconception dans le domaine de l'électronique de puissance est en plein essor, et de nombreux concepts restent à explorer et à développer. Cette thèse se focalise sur un aspect spécifique de l'écoconception : la circularité, en mettant en avant l'implémentation de la modularité et de la diagnosticabilité. L'objectif est de réduire les impacts environnementaux sur l'ensemble du cycle de vie des systèmes électroniques de puissance. L'idée sous-jacente est qu'un système doté de modularité et de diagnosticabilité permet lors de l'arrivée d'un défaut de fournir une information plus ou moins précise sur sa localisation et donc le remplacement sélectif des composants défaillants, plutôt que de remplacer l'ensemble du système. Bien que cette approche semble intéressante du point de vue environnemental, la recherche dans ce domaine est encore limitée.Dans un premier temps, la thèse aborde la quantification environnementale en électronique de puissance en réalisant une analyse du cycle de vie d'un onduleur de référence. Les résultats mettent en évidence les phases de fabrication et d'utilisation comme principales sources d'impacts environnementaux.Ensuite, la thèse se concentre sur la proposition d'une méthode pour quantifier les impacts environnementaux des composants d'électronique de puissance en fonction du temps en prenant en compte le remplacement des composants défaillants, avec la possibilité d'intégrer la modularité et la diagnosticabilité.Enfin, cette thèse remet en question les critères de conception traditionnels, principalement basés sur l'efficacité énergétique. Elle propose une démarche d'éco-optimisation, c'est-à-dire concevoir en optimisant des critères environnementaux.Les résultats montrent que la modularité et la diagnosticabilité peuvent permettre une réduction significative des impacts environnementaux, à condition d'être couplées. En considérant ces aspects dès la phase de conception, il est possible de concevoir des systèmes plus durables et respectueux de l'environnement.

Design for sustainability in the field of power electronics is gaining momentum, with many concepts yet to be explored and developed. This thesis focuses on a specific aspect of eco-design: circularity, by emphasizing the implementation of modularity and diagnosability. The objective is to reduce environmental impacts throughout the lifecycle of power electronic systems. The underlying idea is that a system equipped with modularity and diagnosability can provide more or less precise information about the location of a fault and thus enable selective replacement of faulty components, rather than replacing the entire system.While this approach appears promising from an environmental standpoint, research in this field is still limited.Initially, the thesis addresses environmental quantification in power electronics by conducting a life cycle analysis of a reference inverter. The results highlight manufacturing and usage phases as the main sources of environmental impacts.Subsequently, the thesis focuses on proposing a method to quantify the environmental impacts of power electronics system over time, taking into account the replacement of faulty components, with the possibility of integrating modularity and diagnosticability.Finally, this thesis challenges traditional design criteria, primarily based on energy efficiency. It proposes an eco-optimization approach, meaning designing by optimizing environmental criteria.The results demonstrate that modularity and diagnosticability can significantly reduce environmental impacts when coupled. By considering these aspects from the design phase, it is possible to create systems that are more sustainable and environmentally friendly.