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Premature bearing aging is one of the main reasons of forced outages of electrical machines, especially under converter operation. This work contributes to the analysis and the detection of the generalized roughness bearing fault in small machines (up to 20 kW) under converter operation. In this configuration, this fault is caused by capacitive discharges creating an electroerosion of the raceways. To detect this fault, we proposed a realistic aging process that reproduces the emerging state of the generalized roughness bearing fault. This experimental process consists of an inverter located between the raceways and designed to increase the discharge activity while limiting the energy of a single discharge to a realistic threshold. Operating conditions, which accelerate the bearing aging by increasing the discharge activity, are experimentally determined. In this thesis, we also tackle the problem of detecting the generalized roughness bearing fault. In accordance with the maintenance constraints and the effects produced by the fault on vibration signals, we selected appropriate signal processing tools. The creation of synthetic vibration signals, enriched with some properties of the fault, allowed a comparative study of the proposed detection methods, which are based on the Wiener filter, the spectral subtraction and the spectral kurtosis., Le vieillissement prématuré des roulements est une des causes les plus fréquentes d’arrêts forcés des machines tournantes notamment lorsqu’elles sont alimentées par onduleurs de tension. Ce travail de thèse contribue à l’analyse et à la détection du défaut de roulement de type rugosité généralisée des machines de faible puissance (jusqu’à 20 kW) alimentées par onduleurs de tension. Dans cette configuration, ce défaut est causé principalement par la présence de décharges capacitives créant une électroérosion des chemins de roulement. En vue de la détection de ce défaut, nous avons proposé une méthode de vieillissement d’un roulement in-situ en reproduisant de manière réaliste et accélérée le stade précoce du défaut de rugosité généralisée. Cette méthode est élaborée expérimentalement par le biais d’un onduleur de tension disposé entre les bagues d’un roulement et dimensionné pour augmenter l’activité de décharge tout en limitant l’énergie d’une décharge individuelle à un seuil réaliste. Les conditions de fonctionnement de la machine qui accélèrent le vieillissement en augmentant l’activité de décharge ont été déterminées expérimentalement. Dans ce manuscrit, nous répondons également à la problématique de la détection de ce défaut. Selon les contraintes industrielles du domaine de la maintenance et les effets produits par le défaut sur les signaux vibratoires, nous avons sélectionné des outils de traitement de signal adaptés. Le développement de signaux vibratoires de synthèse présentant des propriétés caractéristiques du défaut a permis d’effectuer une étude comparative des méthodes de détection proposées qui se basent sur le filtre de Wiener, la soustraction spectrale et le kurtosis spectral.

Complex (dusty) plasmas are a subject of growing interest. They areionized gases containing charged dust particles. In capacitively-coupled RF discharges, dust growth can occur naturally and two methods can be used to grow dust particles: chemically active plasmas or sputtering. The growth of dust particles in argon discharges by RF sputtering and the effect of dust particles on theplasma have been investigated from the plasma ignition to the afterglow. It was shown that plasma and discharge parameters are greatly affected by the dust particles. Furthermore, plasma instabilities can be triggered by the presence of the dust particles. These instabilities can be due to dust particle growth or they can be instabilities of a well established dust cloud filling the interelectrode space. When the discharge is switched off, the dust particles act like a sink for the charge carrier and consequently affect the plasma losses. It was shown that the dust particles do keep residual chargeswhich values are greatly affected by the diffusion of the charge carriers and especially the transition from ambipolar to free diffusion.; Les plasmas complexes (poussiéreux) sont un sujet d'intérêt croissant. Ce sont des gaz ionisés contenant des poudres chargées. Dans les décharges RF capacitives, deux méthodes peuvent être utilisées pour produire les poussières: les plasmas chimiquement actifs ou la pulvérisation. La croissance de poudres dans une décharge d'argon par pulvérisation ainsi que ses effets sur le plasma ont été étudiés depuis l'allumage de la décharge jusqu'à la phase post-décharge. Il a été montré que les paramètres du plasma et de la décharge sont grandement affectés par la présences de poudres. De plus, des instabilités du plasma peuvent être induites par la présence des poussières. Ces instabilités peuvent être dues à la croissance des poudres ou elles peuvent être des instabilités auto-excitées d'un nuage dense de poudres remplissant l'espace inter-électrode. Quand on éteint la décharge, les poudres agissent comme un piège pour les porteurs de charge et par conséquent modifient les mécanismes d'extinction du plasma. Il a aussi été montré que les poudres gardent une charge électrique résiduelle qui dépend fortement du processus de diffusion du plasma et notamment de la transition de la diffusion ambipolaire vers la diffusion libre.

Complex (dusty) plasmas are a subject of growing interest. They areionized gases containing charged dust particles. In capacitively-coupled RF discharges, dust growth can occur naturally and two methods can be used to grow dust particles: chemically active plasmas or sputtering. The growth of dust particles in argon discharges by RF sputtering and the effect of dust particles on theplasma have been investigated from the plasma ignition to the afterglow. It was shown that plasma and discharge parameters are greatly affected by the dust particles. Furthermore, plasma instabilities can be triggered by the presence of the dust particles. These instabilities can be due to dust particle growth or they can be instabilities of a well established dust cloud filling the interelectrode space. When the discharge is switched off, the dust particles act like a sink for the charge carrier and consequently affect the plasma losses. It was shown that the dust particles do keep residual chargeswhich values are greatly affected by the diffusion of the charge carriers and especially the transition from ambipolar to free diffusion., Les plasmas complexes (poussiéreux) sont un sujet d'intérêt croissant. Ce sont des gaz ionisés contenant des poudres chargées. Dans les décharges RF capacitives, deux méthodes peuvent être utilisées pour produire les poussières: les plasmas chimiquement actifs ou la pulvérisation. La croissance de poudres dans une décharge d'argon par pulvérisation ainsi que ses effets sur le plasma ont été étudiés depuis l'allumage de la décharge jusqu'à la phase post-décharge. Il a été montré que les paramètres du plasma et de la décharge sont grandement affectés par la présences de poudres. De plus, des instabilités du plasma peuvent être induites par la présence des poussières. Ces instabilités peuvent être dues à la croissance des poudres ou elles peuvent être des instabilités auto-excitées d'un nuage dense de poudres remplissant l'espace inter-électrode. Quand on éteint la décharge, les poudres agissent comme un piège pour les porteurs de charge et par conséquent modifient les mécanismes d'extinction du plasma. Il a aussi été montré que les poudres gardent une charge électrique résiduelle qui dépend fortement du processus de diffusion du plasma et notamment de la transition de la diffusion ambipolaire vers la diffusion libre.

Using an electrical model of the plasma reactor, the measurement of the reactor input RF impedance allowed after correcting the effect of stray impedance to derive the impedance of the plasma in a large frequency range (13,56-100 MHz) and pressure range (0,1-1 torr). The analysis of the plasma impedance drew scaling laws for the variation of plasma parameters with frequency and pressure in agreement with those derive from numerical models. The plasma series resonance frequency was observed at 90MHz and 0,1 torr. This type of discharge was studied in the 70s for the symmetric case in which the DC self-bias is equal to zero. For the asymmetric case the DC self-bias was found to be maximum and equal to the applied RF at the resonance. The comparison of the vector measurement of coupled power with the subtractive method shows that is possible to use this latter in the VHF band. Another beneficial effect of the VHF is the increase of the RF power coupling efficiency. RF electrical probes used for that study were found to be tricky to use. Thus motivating the development of a novel RF voltage-current sensor (French patent INPI n̊ 875 304) providing an answer to metrology issues rising due to the increase of the RF frequency and power in industrial processes. The plasma density was at first measured with Langmuir probes tricky to use above 0,1 torr in hydrogen. To overcome such limitations a new type of surface wave probe was developed (French patent INPI n̊ 876 536).; A l'aide d'un modèle électrique précis du réacteur plasma, la mesure avec une méthode vectorielle de l'impédance RF à l entrée du réacteur a permis, après correction de la perturbation des impédances parasites, de calculer l impédance du plasma dans une large gamme de fréquences (13,56-100 MHz) et de pressions (0,1-1 torr). Son interprétation a dégagé des lois d'échelle de variation des paramètres plasma avec la fréquence et la pression en accord avec celles déduites des modèles numériques. La résonance série du plasma a été observée à 90 MHz et 0,1 torr. Ce type de décharge a été étudié dans les années 70 dans le cassymétrique où le potentiel d auto-polarisation est nul. Dans le cas asymétrique, nous constatons que ce potentiel continu passe par unmaximum égal à la tension RF appliquée à la résonance. La comparaison de la mesure vectorielle de la puissance couplée avec la méthode soustractive montre qu il est possible d utiliser cette dernière en VHF. Un autre effet bénéfique de la VHF est l augmentation de l'efficacité du couplage de la puissance RF. Les sondes RF utilisées pour réaliser cette étude se sont révélées délicates à mettre en oeuvre. Cela a motivé la mise au point d unnouveau capteur de courant-tension RF (brevet INPI n̊ 875 304) répondant aux problèmes métrologiques se posant face à l augmentation de la fréquence et de la puissance dans l'industrie.La densité du plasma a été dans un premier temps mesurée avec des sondes de Langmuir délicates à utiliser au dessus de 0,1 torr dans l'hydrogène. Pour pallier aux limitations de celles-ci, un nouveau type de sonde à onde de surface (la sonde plasma à transmission) a été développé (brevet INPI n̊ 876 536).

Using an electrical model of the plasma reactor, the measurement of the reactor input RF impedance allowed after correcting the effect of stray impedance to derive the impedance of the plasma in a large frequency range (13,56-100 MHz) and pressure range (0,1-1 torr). The analysis of the plasma impedance drew scaling laws for the variation of plasma parameters with frequency and pressure in agreement with those derive from numerical models. The plasma series resonance frequency was observed at 90MHz and 0,1 torr. This type of discharge was studied in the 70s for the symmetric case in which the DC self-bias is equal to zero. For the asymmetric case the DC self-bias was found to be maximum and equal to the applied RF at the resonance. The comparison of the vector measurement of coupled power with the subtractive method shows that is possible to use this latter in the VHF band. Another beneficial effect of the VHF is the increase of the RF power coupling efficiency. RF electrical probes used for that study were found to be tricky to use. Thus motivating the development of a novel RF voltage-current sensor (French patent INPI n̊ 875 304) providing an answer to metrology issues rising due to the increase of the RF frequency and power in industrial processes. The plasma density was at first measured with Langmuir probes tricky to use above 0,1 torr in hydrogen. To overcome such limitations a new type of surface wave probe was developed (French patent INPI n̊ 876 536)., A l'aide d'un modèle électrique précis du réacteur plasma, la mesure avec une méthode vectorielle de l'impédance RF à l entrée du réacteur a permis, après correction de la perturbation des impédances parasites, de calculer l impédance du plasma dans une large gamme de fréquences (13,56-100 MHz) et de pressions (0,1-1 torr). Son interprétation a dégagé des lois d'échelle de variation des paramètres plasma avec la fréquence et la pression en accord avec celles déduites des modèles numériques. La résonance série du plasma a été observée à 90 MHz et 0,1 torr. Ce type de décharge a été étudié dans les années 70 dans le cassymétrique où le potentiel d auto-polarisation est nul. Dans le cas asymétrique, nous constatons que ce potentiel continu passe par unmaximum égal à la tension RF appliquée à la résonance. La comparaison de la mesure vectorielle de la puissance couplée avec la méthode soustractive montre qu il est possible d utiliser cette dernière en VHF. Un autre effet bénéfique de la VHF est l augmentation de l'efficacité du couplage de la puissance RF. Les sondes RF utilisées pour réaliser cette étude se sont révélées délicates à mettre en oeuvre. Cela a motivé la mise au point d unnouveau capteur de courant-tension RF (brevet INPI n̊ 875 304) répondant aux problèmes métrologiques se posant face à l augmentation de la fréquence et de la puissance dans l'industrie.La densité du plasma a été dans un premier temps mesurée avec des sondes de Langmuir délicates à utiliser au dessus de 0,1 torr dans l'hydrogène. Pour pallier aux limitations de celles-ci, un nouveau type de sonde à onde de surface (la sonde plasma à transmission) a été développé (brevet INPI n̊ 876 536).

This work is about a new approach of the description of the physical phenomena in the plasma-insulator interaction. A molecular dynamics computer code is carried out to describe the fundamental mechanisms which govern this interaction on a microscopic scale...; Ce travail propose une nouvelle approche de la description des phénomènes physiques qui interviennent dans le cadre de la modélisation de l'interaction plasma-isolant. Pour cela un code de calcul de dynamique moléculaire à été réalisé pour décrire les mécanismes fondamentaux qui régissent cette interaction à l'échelle microscopique.Une étude fondamentale de la dynamique moléculaire, basée sur l'utilisation des méthodes numériques particulières comme les intégrateurs symplétiques et l'exploitation des différents potentiels d'interactions existants (Morse, Lennard-Jones...), a abouti à deux modèles de polymère : le polyéthylène ou PE (CH2)n. Le premier modèle dit simplifié consiste à considérer un groupement CH2 comme un atome fictif de masse molaire 14g, tandis que le second plus complet traite la dynamique de l'atome d'hydrogène au sein de la macromolécule. Ces deux modèles sont utilsés, dans le cadre de ce travail, pour diverses interactions.Par ailleurs, des mesures expérimentales de perte de masse des matériaux polymères qui interagissent avec un plasma, créé par l'explosion d'un fil de cuivre, sont exposées. Ces résultats sont corrélés par des calculs théoriques de thermodynamique qui montrent une différence de comportement des deux polymères testés : le polyéthylène et le polyoxyméthylène, POM ou Delrin (CH2O)n.

This work is about a new approach of the description of the physical phenomena in the plasma-insulator interaction. A molecular dynamics computer code is carried out to describe the fundamental mechanisms which govern this interaction on a microscopic scale..., Ce travail propose une nouvelle approche de la description des phénomènes physiques qui interviennent dans le cadre de la modélisation de l'interaction plasma-isolant. Pour cela un code de calcul de dynamique moléculaire à été réalisé pour décrire les mécanismes fondamentaux qui régissent cette interaction à l'échelle microscopique.Une étude fondamentale de la dynamique moléculaire, basée sur l'utilisation des méthodes numériques particulières comme les intégrateurs symplétiques et l'exploitation des différents potentiels d'interactions existants (Morse, Lennard-Jones...), a abouti à deux modèles de polymère : le polyéthylène ou PE (CH2)n. Le premier modèle dit simplifié consiste à considérer un groupement CH2 comme un atome fictif de masse molaire 14g, tandis que le second plus complet traite la dynamique de l'atome d'hydrogène au sein de la macromolécule. Ces deux modèles sont utilsés, dans le cadre de ce travail, pour diverses interactions.Par ailleurs, des mesures expérimentales de perte de masse des matériaux polymères qui interagissent avec un plasma, créé par l'explosion d'un fil de cuivre, sont exposées. Ces résultats sont corrélés par des calculs théoriques de thermodynamique qui montrent une différence de comportement des deux polymères testés : le polyéthylène et le polyoxyméthylène, POM ou Delrin (CH2O)n.