Thèse (PhD) - Méthodologie de validation des fonctions avancées de surveillance de l'état (CHM) et du Jumeau Numérique pour les convertisseurs de traction ferroviaire (H/F)

Contexte général

Le programme « Electronique de Puissance et convertisseurs » se concentre sur les convertisseurs de puissance MVDC et HVDC (courant continu de moyenne ou haute-tension). Notre objectif est de fournir des solutions innovantes pour des convertisseurs plus performants et offrant des fonctionnalités supplémentaires pour des systèmes DC extensibles, intégrant de grandes quantités d’énergie renouvelable et permettant des systèmes hybrides (AC-DC) sûrs, résilients et économiques.

Sujet de la thèse

L’équipe R&D du Supergrid Institute (Villeurbanne), en collaboration avec Alstom et avec un appui du Politecnico di Torino (Italie), propose un sujet de thèse passionnant portant sur la validation de fonctions avancées de CHM (Condition and Health Monitoring) et le développement de jumeaux numériques pour les convertisseurs de traction ferroviaire. Ce travail de recherche s’inscrit dans le cadre du projet POWERDIAG, financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR).

Le développement de fonctions avancées de CHM pour les convertisseurs électroniques de puissance utilisés dans la traction ferroviaire repose sur des modèles de durée de vie robustes et validés pour chaque mécanisme de dégradation, des algorithmes fiables pour la prédiction de la Durée de Vie Résiduelle (RUL), ainsi que sur des Jumeaux Numériques entraînés. La validation de ces approches est un défi car elles doivent être mises en œuvre dès la phase de conception, alors que les bénéfices sont attendus à long terme (un convertisseur ferroviaire est généralement conçu pour durer 30 ans), sans possibilité de réaliser des tests sans facteurs d’accélération.
Par conséquent, des méthodologies et bancs de test dédiés doivent être développés afin de générer les jeux de données nécessaires aux activités de validation.

SuperGrid Institute a développé un banc de test multi-contraintes combinant des cycles de charge accélérés avec des commutations dures sous haute tension et fort courant, pour se rapprocher au maximum des conditions réelles d’application. Des phénomènes à différentes échelles de temps sont reproduits sur ce banc de test (de la commutation des semi-conducteurs (~10 µs) à la reproduction d’un profil d’utilisation ferroviaire à l’échelle de la minute). Ce banc est fortement instrumenté (Vce, Vce sat, I load, I switch, Vge, Tcase, Tjunction, …). Un nouveau banc de test avec des capacités en courant et tension plus élevées sera conçu durant le projet pour réaliser des essais de cyclage de puissance (PCT) et également des contraintes de court-circuit, à la fois pour les IGBT en silicium (Si) et les MOSFET en carbure de silicium (SiC).

Objectifs / Missions

Dans ce contexte, le/la doctorant(e) aura pour mission de développer une méthodologie permettant de soutenir les activités expérimentales réalisées sur le banc de test multi-contraintes, dans le but de maximiser les enseignements tirés des essais et d’exploiter les données générées de manière optimale.

Plusieurs questions de recherche ont été identifiées :

• Comment élaborer un plan de test multi-contraintes pertinent, en prenant en compte les combinaisons significatives des différents facteurs de contrainte ainsi que leurs niveaux respectifs ?

• Comment optimiser ce plan de test en fonction de la technologie ciblée, en répondant aux impératifs industriels de réduction du nombre de tests, de leur durée et de leur coût ?

• Comment traiter les données expérimentales tout en considérant la variabilité des différents facteurs (approche statistique) ?

• Comment sélectionner, mesurer et extraire les jeux de données les plus pertinents pour l'entraînement du Jumeau Numérique, en trouvant un compromis entre volume de données et précision des modèles ?

Diplômé(e) en ingénierie Electrique, avec une spécialisation en Electronique de Puissance. Des connaissances en physique des semi-conducteurs sont appréciées.

• Ingénierie électrique et électronique de puissance, en particulier :

  • Traitement du signal, métrologie, capteurs et instrumentation

  • Physique des mécanismes de vieillissement

• Appétence pour le travail expérimental

  • Opération de bancs de tests

  • Développement de méthode de mesure (électronique numérique et analogique)

• Maitrise du français et de l’anglais (niveau B2 minimum)

• Notions en modélisation de systèmes, fiabilité des composants, traitement statistique des données expérimentales

Savoir-être

• Fortes capacités d’analyse et de synthèse ;

• Travail en équipe ;

• Autonomie ;

• Rigueur ;

• Capacités d’organisation ;

• Curiosité et créativité ;

Directeur de thèse : Francesco IANNUZZO
Etablissement d’inscription : Politecnico di Torino
Encadrement industriel : Supergrid Institute, en collaboration avec Alstom
Localisation du doctorant : principalement à Supergrid Institute, Villeurbanne (France), avec mobilité possible à Politecnico di Torino (Italie)
Durée et date de début : 3 ans, à partir de l’automne 2025 (possibilité de commencer plus tôt en CDD)

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Autres informations

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