Architetture di convertitori statici e controllo associato per i sistemi pila a combustibile e meccatronica di potenza: Applicazione ai veicoli elettrici (in francese)

Les travaux présentés en vue d’obtenir le diplôme d’Habilitation à diriger les recherches (HDR) font la synthèse de plus de dix ans de mes recherches au sein de l’INRETS devenu ensuite IFSTTAR (Institut français des sciences et technologies du transport, de l’aménagement et des réseaux) à partir de 2011, travaux que j’ai accomplis en tant que chercheur dans cet institut public. Mes recherches portent sur l’analyse d’architectures de convertisseurs statiques pour les systèmes mécatroniques de puissance avec leur contrôle-commande associé et dédiés aux applications de transport, en particulier les véhicules électriques, mais également certaines applications liées au ferroviaire, comme l’alimentation électrique d’auxiliaires de bord d’une locomotive de manœuvre. Deux types de systèmes sont considérés dans mes recherches : d’une part les sources électriques dites basse tension telles que les piles à combustible reliées directement à leur interface de conversion statique sur des réseaux embarqués le plus souvent de plus forte amplitude de tension, et d’autre part, les ensembles ou associations de convertisseurs-machines pour les chaînes mécatroniques de véhicules électriques. Dans le premier cas, les systèmes pile à combustible de technologie à membrane polymère échangeuse de protons appelés PEMFC, requièrent dans l’objectif de la montée en puissance traction, la prise en compte de la modularité, ou association « multi-stacks », l’amélioration du rendement et la fiabilité renforcée du générateur pile à combustible et de son interface de puissance. C’est bien ce que nous avons appréhendé par les choix critiques d’architectures d’électronique de puissance, de technologie de semi-conducteurs innovante comme les grands-gaps et de stratégies de contrôle rapproché. Dans le second cas, celui des chaînes de propulsion de véhicules électriques, il s’agit d’optimiser le triptyque rendement-performance-intégration, et nous l’avons traité du point de vue du contrôle du système onduleur-moteur en proposant et validant expérimentalement différentes stratégies de modulations vectorielles optimisées pour le convertisseur et dont la sensibilité de la commande aux imperfections hardware du système a été considérée. Une dernière action plus récente et davantage tournée vers l’automatique a considéré l’optimisation de la régulation dynamique des systèmes d’antiblocage des roues ABS pour véhicules électriques à moteurs-roues. Dans l’ensemble de mes recherches, l’objet ou l’entité de recherche est bien le « système convertisseur » de puissance lui-même dans son environnement électrique, soumis à des contraintes d’usage particulières et interagissant avec son contrôle-commande. Du point de vue des perspectives, qui restent fidèles à mes thématiques de recherche d’origine, je propose une ouverture vers l’étude et l’optimisation des architectures de systèmes électriques et du couplage avec le stockage d’énergie électrique dans les micro-réseaux smart-grids urbains, action coordonnée par le biais de projets portés par l’institut de la transition énergétique ITE efficacity avec lequel l’IFSTTAR est membre partenaire. D’un point de vue quantitatif et de la production scientifique associée, mes travaux ont conduit jusqu’en 2015 à la soutenance de quatre thèses de doctorat co-encadrées avec des laboratoires universitaires français (FCLAB, LGEP, L2S), l’encadrement d’étudiants de Master et de post-doc, ainsi qu’à la publication de treize articles de revues internationales à comité de lecture répertoriées dans les bases de données scientifiques, et à plus d’une trentaine de communications à des conférences internationales et nationales avec actes. J’ai pu faire partager mes expériences de recherche lors d’enseignements dispensés en majorité au Cnam, dans certaines filières universitaires et dans la formation continue