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Introduction Générale
La technologie des composants d'électronique de puissance utilisés pour les applications
transports, pour les véhicules routiers (véhicule hybride, bus...) et les systèmes de transport
guidé (tramways, métro, train ...) a considérablement progressée ces dernières années. Tout
d'abord constitués de modules dissociés, les convertisseurs ont vu leur structure physique se
modifier, conduisant à l'intégration au sein d'un même boîtier de toutes les fonctions
électroniques propres au fonctionnement d'un convertisseur conventionnel. Malheureusement,
l'augmentation de densité de puissance résultante les expose à de fortes contraintes
thermiques générées durant leur fonctionnement, principalement dans le domaine automobile
où l'environnement thermique est sévère, et la demande de fiabilité élevée.
La thématique de cette thèse porte sur l'identification puis l'estimation des contraintes
thermiques générées durant le fonctionnement des modules de puissances et des
convertisseurs intégrés, dans le domaine de la traction électrique. Ces données doivent nous
permettre d'estimer la durée de vie de ces composants, d'après des lois de vieillissement
connues et des fonctionnements déterminés.
Du fait des liens privilégiés qui existent entre 1 fNRETS, le LTN en particulier, et le monde
industriel du transport, la recherche appliquée tient une part importante dans les missions de
l'institut. Par conséquent, les travaux de recherche effectués durant cette thèse et réalisés dans
le cadre de contrats industriels, sont tournés principalement vers l'expérimentation, sans
toutefois délaisser l'approche théorique.
Les différents travaux menés, d'une part sur les modules de puissance, et d'autre part sur les
convertisseurs intégrés, sont le fruit d'un partenariat et de contrats passés avec la société
Renault. Ces aspects expliquent l'architecture de ce mémoire en trois parties, avec une partie
concernant les modules de puissances conventionnels et une autre les convertisseurs intégrés.
Tout d'abord, dans une première partie, nous poserons les bases théoriques nécessaires à la
compréhension de la problématique abordée. Ainsi, après avoir fait un état de l'art des
composants rencontrés dans le domaine de la forte puissance et notamment sur l'IGBT pour la
traction, nous détaillerons les structures sous lesquelles nous les rencontrons. Enfin, les
notions de fiabilité et de durée de vie seront abordées dans le but de présenter les méthodes
d'estimation employées ultérieurement.
Dans une deuxième partie, nous présenterons une étude concrète d'estimation de la durée de
vie de modules IGBT utilisés dans un véhicule hybride automobile. Une méthodologie
d'identification des contraintes thermiques des modules en fonctionnement dans un trafic
urbain sera détaillée et les résultats seront corrélés avec des essais de vieillissement accéléré.
Enfin dans une troisième partie, nous tenterons d'estimer les contraintes thermiques présentes
lors de divers modes de fonctionnement de modules de puissances classiques, puis de
convertisseurs intégrés. Ces données, issues du calcul, seront comparées avec des mesures
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