Stéphane Brisset

Maître de conférences — Habilité à diriger des recherches

Activités de recherche

Les concepteurs de dispositifs électrotechniques se trouvent face à des difficultés nouvelles. Le nombre croissant des phénomènes physiques à prendre en compte pour dimensionner au plus juste, l’interaction avec les autres éléments du système, et la multiplicité des objectifs conflictuels conduisent à modifier profondément la démarche de conception. Pour affronter la complexité de sa tâche, le concepteur doit être outillé et sa démarche rationalisée.

Ainsi, les méthodologies développées avec mes doctorants reposent sur la construction de modèles multi-physique pour le dimensionnement, la mise en évidence des méthodes d’optimisation les mieux adaptées aux problèmes du génie électrique et leur amélioration. Des cas-tests représentatifs des problèmes d’optimisation rencontrés pour les dispositifs électrotechniques ont été élaborés et diffusés afin de comparer les méthodes d’optimisation.

Des prototypes conçus par ces démarches ont été fabriqués et testés : un moteur roue à aimants permanents et bobinage dentaire, un moteur synchrone à flux axial, une génératrice éolienne polyphasée à double entrefer.

 

Plus récemment, de nouveaux enjeux sont apparus dans la conception en génie électrique. Un de ces enjeux est la conception systémique. En raison de la forte interaction entre ses composants, la solution optimale d’un système ne peut être déduite des optimaux de chaque élément pris séparément.

Les chaînes de traction ferroviaire et celles des véhicules électriques sont des systèmes qui ont la particularité de fonctionner sur cycle. Du fait de la différence des constantes de temps entre les phénomènes électriques, cinématiques et thermiques, il est possible d’obtenir un « downsizing » par rapport au dimensionnement du système sur un nombre restreint de points de fonctionnement.

De même, les approches d’optimisation multidisciplinaire apportent des méthodes intéressantes pour les couplages multi-physiques et les démarches de conception « top-down ». Pour traiter ces dernières, l’optimisation multi-niveau hiérarchisée permet de répercuter les contraintes identifiées au niveau système vers les sous-systèmes et composants. D’une taille plus faible, le problème d’optimisation d’un sous-système est plus facile à résoudre. Des contraintes de consistance permettent d’assurer la cohérence et le passage d’information entre les niveaux.

 

Un autre enjeu est la prise en compte d’un nombre croissant de critères de conception. Il conduit à l’usage systématique des méthodes d’optimisation multi-objectif. Ce phénomène s’est accentué avec l’introduction de critères environnementaux qui sont non pondérables avec les critères économiques ou de performances. Le nombre d’évaluations lors d’une optimisation multicritère est une entrave à l’utilisation d’un modèle multi-physique précis. L’amélioration des algorithmes d’optimisation multi-objectif a conduit à des économies de temps significatives mais insuffisantes au vu de la demande toujours croissante en précision et nombre des phénomènes physiques à prendre en compte.

L’usage de modèles de substitution moins précis mais nettement plus rapides a apporté des gains de temps allant jusqu’à un rapport 10 pour un objectif et croissant exponentiellement avec le nombre d’objectifs. Les travaux ont porté sur la complémentarité des modèles de connaissances comme les modèles analytiques avec des modèles éléments finis au moyen des techniques d’alignement de modèles.

 

L’écoconception dans le génie électrique est un enjeu d’actualité. Il est important de quantifier les impacts des matériaux du génie électrique lors du cycle de vie et leur recyclabilité mais il faut également mettre en évidence les impacts et indicateurs les plus influents sur la conception des dispositifs. La substitution des matériaux les plus impactant doit être investiguée au moyen d’algorithmes capables de gérer les variables mixtes tels que les méthodes de séparation et évaluation. Le problème posé par le nombre très important d’évaluations de ces algorithmes notamment en présence d’objectifs multiples trouve une solution avec l’usage de modèles de substitution.

 

Enfin, l’optimisation des systèmes de stockage embarqués et des réseaux multi-source nécessite d’intégrer la commande pour chaque instant du cycle de fonctionnement dans les variables d’optimisation. Celles-ci s’ajoutent aux variables caractérisant les éléments du réseau. Il en résulte des problèmes de très grande taille et des difficultés algorithmiques. L’optimisation multi-niveau hiérarchisée et l’utilisation du calcul distribué devrait rendre ces optimisations abordables.