Etude et réalisation d'un système de refroidissement pour l'électronique de puissance basé sur la mise en mouvement d'un fluide conducteur électrique, Study and realization of a power electronics cooling system with a magnetic and electrically conductive fluid

De
Publié par

Sous la direction de Christian Schaeffer, Yvan Avenas
Thèse soutenue le 09 mars 2011: UNIVERSITE DE GRENOBLE, Grenoble
Les travaux de cette thèse portent sur le refroidissement descomposants électroniques de puissance par métal liquide. Les efforts se sontconcentrés plus particulièrement autour de deux fonctions : la pompeélectromagnétique servant à mettre le fluide en mouvement et le refroidisseur àminicanaux situé sous la source de dissipation.Le mémoire de thèse se structure en quatre chapitres équivalents. Dans lepremier, l’apport des métaux liquides pour le refroidissement des composantsactifs de puissance est démontré. Dans un deuxième temps, l’étude théorique etexpérimentale d’une pompe électromagnétique à conduction est effectuée. Lesystème de refroidissement est plus particulièrement abordé dans le troisièmechapitre. Enfin, des réflexions sur la mise en oeuvre des refroidisseurs à métauxliquides en électronique de puissance sont discutées dans la dernière partie.Grâce à elles, nous voyons que le champ d’application de ces travaux favorisel'émergence de solutions innovantes pour la gestion thermique des composantsélectronique de puissance.
-Refroidissement des composants électroniques
-Pompe électromagnétique
-Métal liquide
-Refroidisseur minicanaux
-Diffuseur de chaleur
The work presented in this Phd manuscript deals with cooling powerelectronics devices using an electrical conductive fluid. Two important functionshave been considered: the study and the realization of the electromagnetic pumpwhich circulated the fluid in the cooling loop. The second function was study andrealization of the cooler which evacuated the heat from the electronics device.This document has four chapters: introduction to power electronics coolingsystem with liquid metal, electromagnetic pump study, cooler study, and at lastreflections on realizing liquid metal cooler for power electronics devices. Theresults of this work concern a wide range of applications, especially towards newthermal management solutions of power electronics devices.
-Cooling electronics devices
-Power electronics
-Thermal management
-MHD pump
-Minichannels cooler
-Thermal spreader
Source: http://www.theses.fr/2011GRENT010/document
Publié le : mardi 1 novembre 2011
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THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Génie Electrique
Arrêté ministériel : 7 août 2006



Présentée par
« Mansour TAWK »


Thèse dirigée par « Christian SCHAEFFER » et
codirigée par « Yvan AVENAS » et « Afef LEBOUC »

préparée au sein du Laboratoire de Génie Electrique de
Grenoble (G2Elab)
dans l'École Doctorale Electrotechnique Electronique
Automatique et traitement di Signal (EEATS)

Etude et réalisation d’un système de
refroidissement pour l’électronique de
puissance basé sur la mise en mouvement
d’un fluide conducteur électrique

Thèse soutenue publiquement le « 09 Mars 2011 »,
devant le jury composé de :
M. Stéphane LEFEBVRE
Professeur des universités, CNAM, Cachan , Président
M. Nourredine TAKORABET
Professeur des universités, INP Nancy , Rapporteur
M. Zoubir KHATIR
Directeur de recherche, LTN, Statory , Rapporteur
M. Christophe ESPANET
Professeur des universités, FEMTO-ST/ENISYS, Belfort , Membre
M. Jacques SALAT
Ingénieur de recherche et de formation, HISPANO-SUIZA , Membre
M. Christian SCHAEFFER
Professeur des universités, INP-Grenoble , Membre
M. Yvan AVENAS
Maître de conférence, INP-Grenoble , Membre
Mme. Afef LEBOUC
Directeur de recherche, INP-Grenoble , Membre

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A la mémoire de mon Père Antonios TAWK,
A ma Mère Thérèse, A mes sœurs Wardé, Ghada, Maha
A la femme de ma vie Aline
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REMERCIEMENTS


Les travaux de cette thèse se sont déroulés au laboratoire de Génie Electrique de Grenoble
(G2elab) en collaboration avec le laboratoire de physicochimie des Electrolytes, Colloïdes et
SciencesAnalytiques(PECSA)del’universitédePierreetMarieCurieVIdanslecadreduprojet
THERMELEC.


Jeremercieenpremierlieul’ensembledesmembresdujury:

- Stéphane Lefebvre,Professeurdesuniversités,pourm’avoirfaitl’honneurdeparticiper
etdeprésiderlejury.
- Nourredine Takorabet, Professeurdesuniversités,pouravoiracceptéd’êtrerapporteur
decetravail.Jevousremerciepourl’intérêtquevousavezportéàmathèse,ainsiquepour
laprécisiondevotrerapport.
- Zoubir Khatir, Directeurderecherche,pouravoiracceptéd’êtreaussirapporteurdece
travail:Jesuisvraimentreconnaissantdel’attentionquevousavezportéàmathèsedonnant
assurémentunevaleursupplémentaireàcemanuscritdethèse.
- Christophe Espanet, Professeurdesuniversités, pouravoirprispartàcejuryentant
qu’examinateur.
- Jacques Salat, IngénieuràHispano–Suiza,aussipouravoirprispartàcejuryentant
qu’examinateur. Après ces trois années de travail collaboratif au sein du projet
THERMELEC, je profite de cette occasion pour vous dire que j'ai beaucoup apprécié le
faite de participer à ce projet , et je vous remercier très sincèrement pour les échanges
scientifiqueslorsdesréunionsdecomitétechniques.
- Christian Schaeffer pour avoir accepté d’être mon directeur de thèse. J’ai beaucoup
appréciétonhonnêteté,tescompétenceshumainesetscientifiques.Jesuistrèsheureuxque
tonnomfigureenpremierlieusurlapagedetitredecettethèseetjeteremerciedoncde
m’avoirfaitconfiancepourcettethèse.
- Yvan Avenaspourl’ensembledecettethèse,detouscesbonsmomentspassés,pourta
franchise,pourtous.Franchementaprèscestroisannéesdetravailavectoi,jeneregrette
pasuneseuleseconde.Tescompétencesscientifiques,tafaçondetravailleretd’agiterles
idéespourfaireavancerlestravauxm’auronténormémentapportées.Mercivraimentpour
cetteexpérienceavectoi.
- Afef Lebouc pourl’ensembledecettethèse.J’aibeaucoupappréciét’avoiràmescotés
pendant cette thèse. Et c’était vraiment important pour moi d’avoir tes conseils et ton
expérience.J’aibeaucoupappréciéetjeteremercied’avoirsuivimestravaux.

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Je remercie très sincèrement Jean Chevalet et Emmanuel Dubois nos partenaires au
laboratoire PECSA de l’université de Pierre et Marie Curie VI. J’ai beaucoup apprécié les
discussions scientifiques enrichissantes que nous avons menés tous ces trois années de travail
collaboratif.
JevoudraisremerciertouteslespersonnesquifontlaviedulaboratoireG2Elabetquej’aieule
plaisirdecôtoyerdansuneambianceconvivialependanttoutesdesannées.James Roudet, Jean
Paul ferrieux et Gérard Meunier. Je pense en particulier à mes amis de l’équipe EP et
l’équipe MADEA.Nicolas Rougerpourtonsoutiendetouslesjours,tonamitié,tagentillesse
ettousnosbonsmomentsensemble.J’aivraimentaimépartagercebureauavectoi.Mickael
Petitpourtousnosbonsmoments,tonamitiéetnoséchangesscientifiquesetculturels.Eric
Vagnonj’étaistrèsheureuxdetravaillerensembleàlafindecettethèse.Jeteremercieetjete
souhaiteunebonnechancepourlasuite(Danslamusique….).

J’adresse ma profonde reconnaissance à tous les ingénieurs, techniciens et mécaniciens du
laboratoire G2elab pour avoir toujours été disponibles à me dépanner dans mes montages
expérimentaux et plus particulièrement à Claud Brun (Dji>Dji), Emmanuel Arnauld,
Stéphane Catellaniquisesontoccupésdelaréalisationdelabouclederefroidissement.

La liste est encore longue, je remercie donc tous mes ami(e)s du laboratoire: Aktam Asfour,
Monica Biserica, Encu Petr, Adrian Florescu, Mathieu Hauck, Anca Goleanu, Christian
Jecu, Urich Legait, Olivier Martins, Fabien Mestrallet, Benoit Sarrazin, Bill Sesanga, Jean
Romain Sibue, Kien Lai Dac, Ahmadi Behzad, Ghaith Warkozek….. Nous avons passé
tous ensemble de bons moments et je vous remercie pour votre support, votre aide et votre
amitié.

Je voudrais remercier ici aussi quelques personnes du G2Elab pour leurs gentillesses, leurs
compétencesetleursqualitéshumaines: Sedik Bacha, Jacques Davoine, Elise Riado, Rosita
Atienza, raphael Caire, Valerie Coquuand, Jacqueline Delay, Sylvie Garcia, Mireille
Pellissier, Cristie Calixte, Pierre-Olivier Jeannin, Gilles Cauffet. J’ai passé de très bons
momentsdanscelaboratoireetjevousremercie.

J’ail’occasionicideremerciermesami(e)spouravoircontribuéàmaréussite,grâceàleuraide,
leurgentillesse,leursexpériences,leursoutienetjevoudraidireiciqu’ilscomptentpourmoi.Je
remerciemesdeuxamisetcollèguesdanslemêmeLabo(FuturDocteurs),Razmik Demerjian
etAli Jazzartrèssincèrementetjevoussouhaiteunetrèsbonnecontinuation.Jeremercieaussi
Joseiph Seifetsafamillepourtousleurssoutienstoutaulongdecettethèse.Mazhar Nigro et
Maya,jevousremerciepourvotresupportetvotreamitié.JeremercieaussiGhislaine Staub,
George Greige, Rabih Jmayel…lalisteétanttrèslongue,alorsmerciàvoustoutesettous.Et
Pardonàceuxquej’oublie.

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Avantd’attaquerlapartiequiestfinalementlapluspersonnellepourmoi,jevoudraisremercier,
Majdi Geagea et Ramy Fakhry.

J’arrivedoncàlafindecesremerciements,etjesouhaiteiciremercierinfinimentDieuettousles
membresdemafamille:J’aiunepenséeparticulièrepourmonPèreAntonios Tawkquiestplus
parminous.J’aiaussiunepenséetèstrèsparticulièreàmamèreThérèse Tawketmessœurs
Wardé TawketsonmariSalim,Ghada TawketsonmariKozhaya,etbiensûrmapetitesœur
Maha tawk.Jevousaimeetvousembrasseetjevousremerciedetoutmoncœur.Vousm’avez
toujourssoutenuetencouragé.
Jeremercietouslerestedemafamille:depuisAntonio, Mérita, Imad et Ziad…àmesdeux
grandsPèresAntonios et Mansour.J’espèrequenoustrouveronstoujoursdebonnesoccasions
pourfairelafêteensemble.

Desremerciementsaussiàmasecondefamille:jesouhaitedoncremerciericitoutelafamille de
ma fiancée Aline Maroun Msaed etparticulièrementmonpoteGeorge Moussaedetlabelle
Carine, d’être venus à ma soutenance, pour tous nos bon moments et tous ceux qu’ils nous
restentencoreàvivreensemble.

Pourterminer,jesouhaiteicidireungrandMerciàlafemme de ma vie Aline,quejevoudrai
continuer ma vie avecelle et construire ensemble notre petite famille. Merci pour ton soutien
affectiftoutaulongdecesannées…
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