Caractérisation de matériaux composites pour applications en CEM

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1 SUJET DE STAGE MASTER 2 (BAC +5)-6 MOIS ANNEE Caractérisation de matériaux composites pour applications en CEM 1. CONTEXTE DU STAGE : IRSEEM (Institut de Recherche en Systèmes Electroniques Embarqués) Equipe d accueil : EA 4353 L IRSEEM a été créé en janvier 2001, pour répondre à deux objectifs généraux, fortement corrélés en termes de moyens: proposer aux industriels des solutions innovantes leur permettant d anticiper des évolutions stratégiques, et participer activement à l amélioration de leur métier. L IRSEEM développe une recherche appliquée, et entretient des liens forts avec les industriels des filières automobile, aéronautique et spatiale, les PME du secteur de l électronique et les industriels du secteur des télécommunications. La recherche est structurée en 3 pôles : Pôle Electronique & Systèmes (électromagnétisme, CEM, Fiabilité des composants, Intégrité des signaux) Pôle Automatique & Systèmes (contrôle et diagnostic moteur) Pôle Instrumentation, Informatique & Systèmes. A ces axes de recherche s ajoute une activité de transfert court et développement économique local vers les entreprises. L IRSEEM, association loi 1901 qui a le double statut d équipe d accueil et de CRT est l institut de recherche de L ESIGELEC (Ecole Supérieure d Ingénieurs en Génie Electrique). L IRSEEM, à travers son pôle E&S et son centre de ressources technologiques (CRT), possède un grand savoir-faire dans le domaine de la CEM. Ses équipes travaillent sur l intégration des nouvelles technologies dans les domaines de l automobile ; de l aéronautique, en veillant au respect des normes CEM en vigueur. CENTRALESUPELEC : PRESENTATION DU GEEPS GeePs (Génie électrique et électronique de Pars) est une unité de recherche avec 4 tutelles académiques : CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), CentraleSupélec, Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay, Université Pierre et Marie Curie. C est l un des laboratoires les plus importants dans le domaine du génie électrique en région parisienne. Il compte plus d une centaine de permanents (chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens). Le laboratoire est organisé en 3 pôles de recherche : Matériaux, Electromagnétisme, Systèmes : PHEMADIC (PHysique Électronique des MAtériaux, Dispositifs, Interfaces et Contacts) PIEM (Physique et Ingénierie de l ÉlectroMagnétisme) ECo2 (Energie, Electronique, Conception, Contrôle) N. BENJELLOUN 1 01/09/2017

2 L activité de recherché se développe selon une triple approche : théorie, expérience, modélisation Le pôle PIEM couvre un ensemble de thématiques de recherche qui s étend de la compréhension des phénomènes de couplages multi-physiques de matériaux naturels ou artificiels jusqu à l exploitation de systèmes rayonnants complexes à des fins d inspection ou d observation des milieux. Le pôle PIEM embrasse un spectre de fréquences très large du statique jusqu aux micro-ondes. Il possède ainsi une caractéristique relativement originale sur la scène nationale. Le pôle s appuie sur un ensemble de plates-formes expérimentales (caractérisation de matériaux, mesure de champ électromagnétique, analyse de systèmes rayonnants) qui constituent le pivot des recherches en ingénierie électromagnétique. Une spécificité majeure du projet est de conjuguer des perspectives de travaux relativement amont en matière de formalismes de modélisation (étude des interactions des champs électromagnétiques avec leur environnement par exemple) tout en relevant des défis d envergure liés à des problématiques applicatives et en réponse à des besoins industriels accrus (compatibilité électromagnétique liée au véhicule automobile par exemple). 2. DESCRIPTIF DU STAGE : Ce stage s inscrit dans le cadre de la chaire Mécatronique Automobile créée en partenariat entre Faurecia, CentraleSupélec et Esigelec. Il a pour objectif de traiter des matériaux composites, qui remplacent les matériaux métalliques comme pièces de structure dans l industrie automobile. Il s avère donc important de caractériser et modéliser les propriétés électromagnétiques (EM) de ces matériaux, afin de mieux comprendre leur comportement au voisinage des systèmes électroniques présents dans les véhicules. Les hétérogénéités que présentent les matériaux composites (chaque phase possède des propriétés EM spécifiques) rendent inconnu leur comportement face à une sollicitation EM. On a donc recours à des méthodes d homogénéisation dans le but est de définir les propriétés électriques (permittivité, perméabilité, conductivité, ) d un milieu homogène qui aura une réponse EM identique à celle du composite étudié sur une gamme de fréquences déterminée (de quelques dizaines de Hz à quelques GHz). Ces méthodes d homogénéisation peuvent être analogiques (composites à fibres unidirectionnelles), numériques ou expérimentales (composites à fibres unidirectionnelles, tissés, etc.). N. BENJELLOUN 2 01/09/2017

3 L objet du stage est de caractériser expérimentalement les propriétés EM effectives des plaques composites. Pour ce faire, on utilisera plusieurs bancs de mesure permettant d obtenir les paramètres S des échantillons à étudier (qui se diffèrent par leur type de tissage, les dimensions de leurs fibres, etc.). A partir des paramètres mesurés, on pourrait remonter aux propriétés EM effectives propres aux échantillons par des méthodes d inversion. Le stagiaire doit mener plusieurs essais et déterminer le domaine de validité et les limitations de chacune des méthodes proposées : - Essai des deux lignes de transmission de type micro-ruban de longueurs différentes (figure1) - Mesures en transmission et en réflexion (figure 2) - Méthode capacitive (figure 3) D autres méthodes peuvent être proposées en fonction des résultats obtenus et avancement du stage. Figure1 : ligne micro-ruban N. BENJELLOUN 3 01/09/2017

4 Figure 2 : Méthode de mesure de paramètres S Figure 3 : Méthode Capacitive 3.DEROULEMENT : La première phase (1 mois) de ce stage consiste à s approprier des matériaux composites et à faire un état de l art des différentes méthodes de mesures : bande de fréquence, domaine de validité et conditions de mesures. La seconde phase (4 mois) consiste à écrire les scénarios de mesures, de monter les bancs de test, de réaliser les mesures et de valider le cahier de recette. Ce travail sera mené en parallèle avec une partie simulation pour l extraction des paramètres électriques des trois échantillons composites qui seront proposés. Pendant la troisième et dernière phase de ce stage (1 mois), le stagiaire doit rédiger son mémoire et rédiger un rapport technique. Le stage se déroulera à l IRSEEM dans le pôle Electronique & systèmes et il s inscrit dans le cadre d une Chaire FAURECIA/ IRSEEM/CENTRALESUPELEC. Des déplacements sont possibles à CentraleSupelec(Gif sur Yvette) N. BENJELLOUN 4 01/09/2017

5 Qualités requises: Bonnes connaissances en électromagnétismes, hyperfréquences et en CEM Bonnes connaissances de PSPICE, MATLAB. La connaissance des moyens d essais CEM serait un plus. Méthodique, organisé et sens pratique. Excellentes qualités rédactionnels en français et en anglais. Responsables du stage : Nabil BENJELLOUN Lionel PICHON Ghida Al-achkar nabil.benjelloun@esigelec.fr lionel.pichon@centralesupelec.fr INDEMNITES : xxx /mois DUREE : 6 mois (démarrage février 2017) LIEU DU STAGE : Institut de Recherche en Systèmes Electroniques Embarqués IRSEEM-ESIGELEC, Pôle Electronique & Systèmes Technopôle du Madrillet Avenue Galillée, BP SAINT ETIENNE DU ROUVRAY CEDEX Mots clefs : Matériaux composites, CEM, homogénéisation, propriétés EM effectives REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES : [1] - Rémi Tumayan, CEM des batteries haute tension allégées pour véhicule électrique : caractérisation de matériaux et étude du rayonnement électromagnétique, Thèse de doctorat de l Université de Limoges, 2016 [2] - Frank Mbango, «Contribution à la caractérisation électrique de matériaux utilisés en microélectronique radiofréquence», Thèse de doctorat, Université de Grenoble, 2008 [3] - Valentin Préault, Méthodes d homogénéisation pour la modélisation électromagnétique de matériaux composites, Thèse de doctorat de l Université Paris-Sud, N. BENJELLOUN 5 01/09/2017