Pour répondre à la croissance rapide de la production d'électricité, Les travaux de recherche récents discutent l'idée d’agrandir les éoliennes. Une éolienne de grande puissance conduit à une puissance nominale nette élevée et à un faible coût moyen de l'énergie. En effet, avec des altitudes plus élevées, l'éolienne capte un vent plus fort et plus stable que les petites et moyennes éoliennes. De plus, des pales plus longues captent le vent plus efficacement puisque la puissance générée par l'éolienne est proportionnelle à la surface balayée. Ensuite, l'éolien offshore semble être une bonne solution pour augmenter l’exploitation d’énergie éolienne à moindre coût.Avec le développement des installations de production d'énergie électrique à partir de l'éolien les performances de la génératrice électrique revêtent dorénavant un caractère stratégique. Avec l'augmentation continue de la puissance unitaire (>10 MW) des turbines, la masse et la compacité de la génératrice représentent un enjeu majeur pour le maintien et la stabilité de ces turbines, la génératrice est un des éléments les plus lourds de la chaîne de conversion électromécanique installée dans la nacelle. Si les aimants à base de terres rares (NdFeB) permettent d'augmenter la compacité de la génératrice et donc de réduire sa masse, leur disponibilité sur le marché mondial n'est pas garantie compte tenu du monopole que détient la Chine sur les matières premières nécessaires à leur fabrication.Cette thèse s’inscrit dans la continuité des activités de notre équipe thématique portant sur l’optimisation de l'efficacité énergétique des systèmes de production de l’énergie électrique. Elle constitue une contribution à l’investigation des génératrices de 15 MW destinées à une application éolienne en mer. Elle s’attaque à la recherche des structures d’aérogénérateurs et des méthodes de modélisations légères pour le pré-dimensionnement des machines électriques, en vue de la conception de génératrices répondant aux contraintes de l'éolien de forte puissance en termes de masse, de rendement, de compacité et de modularité. Le but est de rechercher les solutions optimales dans un domaine de recherche vaste contenant entre un grand nombre de variables d’optimisation, tout en respectant un cahier de charge bien précis. Afin d’y parvenir, un modèle multi-physique a été développé permettant la détermination des distributions du champ électromagnétique et de température dans les topologies de génératrices choisies. La méthode des constantes localisées couplée aux fonctions d’interpolations a été choisie comme solution offrant un bon rapport temps de calculs/précision, prenant ainsi en considération les caractéristiques des matériaux (thermiques et magnétiques). Dans un second temps, une approche basée sur la résolution formelle des équations de Maxwell dans les différentes régions constitutives de la machine a été proposée afin de réduire le temps de calcul du modèle électromagnétique. Comparée à la méthode des constantes localisées la seule hypothèse adoptée consiste à négliger la saturation des parties ferromagnétiques en utilisant un calcul linéaire.Les modèles développés ont été couplé à un algorithme d’optimisation génétique, NSGAII, permettant dans un premier temps ; de comparer à la fois temps de calcul et précision des deux modèles. Dans un second temps, d’investiguer le poids nécessaire des aimants permanents et des parties actives de deux topologies de génératrices synchrones à aimant permanent ou dans la première les aimants sont montés en surfaces et dans la seconde insères en concentration de flux (quatre grades d’aimant permanent ont été investiguées deux grades de Ferrite et deux grades de NdFeB). L’objectif est de trouver une structure de génératrice qui permet d’obtenir une densité de couple électromagnétique réduite avec un faible coût.