Protection contre la foudre sur un sol hétérogène : simulation numérique

Abstract

L'intérêt que suscite l'étude de la foudre peut être motivé aussi bien par des considérations de recherche fondamentale (thermodynamique, physique des plasmas etc...), que par des considérations de recherche appliquée, en l'occurrence la protection contre ses effets directs ou indirects. Dans cet ordre d'idées, nous citons sommairement dans le premier chapitre de ce travail, les principales caractéristiques de la foudre et nous présentons le modèle électrogéométrique. Malgré les immenses services qu'il rend, le modèle électrogéométrique n'est pas parfait. En effet sa formulation simpliste actuelle néglige un grand nombre de paramètres essentiels à une bonne détermination des points d'impact de la foudre. La quête de l'amélioration de la protection et les difficultés d'étude directe de la foudre ont amené les équipes de recherche à travers le monde à simuler ce phénomène au laboratoire ou à l'aide de modèles analytiques. Dans le deuxième chapitre nous expliquons les difficultés de modélisation et de simulation au laboratoire, et présentons les résultats des travaux entrepris au laboratoire de Haute Tension de l'E.N.P, dont ce travail se veut une continuité. L'une des faiblesses du modèle électrogéométrique réside dans le fait qu'il ne tient pas compte des propriétés élctrogéologiques du sol. Notre contribution est justement d'étudier le rôle de la nature du sol dans la détermination du point d'impact de la foudre en présence d'un paratonnerre horizontal. Pour cela, nous avons développé un outil de maillage, de calcul numérique et de visualisation du champ et du potentiel électrostatiques, dans un domaine bidimensionnel. Ce programme que nous avons nommé "PROC2D", fait l'objet d'une présentation au troisième chapitre. Dans le quatrième chapitre, nous appliquons ce programme à la simulation numérique de la foudre et ce, en calculant la distribution du champ électrostatique pour différentes positions des conducteurs, puis pour différentes permittivités relatives du sol. Nous terminons ce travail par un cinquième chapitre où nous confrontons nos résultats de simulation à ceux du laboratoire, avec une tentative d'extension au phénomène réel de la foudre.