Champ électrique sous tension de choc de foudre dans les intervalles d'air tige-plan avec paratonnerre horizontal

Abstract

L’objectif de notre travail est de déterminer expérimentalement l’intensité du champ électrique sur la surface d’un plan homogène en présence d’un paratonnerre horizontal dans un système tige-plan. Ce système simulerait l’étape finale d’un traceur de foudre descendant négatif juste avant le saut final. Pour cela, nous avons utilisé une sonde à capacité repartie pour déterminer l’intensité du champ, en prenant en considération la variation de l’intervalle tige-plan, la hauteur du paratonnerre ainsi que sa position par rapport à l’axe de la tige sous tension. Dans une deuxième partie de notre travail, nous nous sommes intéressés au calcul du champ électrique en utilisant la méthode des éléments finis. Les résultats de nos travaux contribuent à l’amélioration de l’interprétation des résultats d’investigations précédemment faites au Laboratoire de Haute Tension de l’ENP dans le domaine de la rigidité des intervalles d’air tige-plan. Le premier chapitre de ce mémoire débute par un exposé sur la nature de la foudre, son origine, son mécanisme et ses caractéristiques électriques. La compréhension de ces phénomènes nous aide à concevoir un système de protection contre la foudre. Nous analysons ensuite le foudroiement des lignes aériennes et les processus de formations des défauts. Ainsi nous décrivons la technique de protection par câble de garde qui fait appel au modèle électrogéométrique. Le deuxième chapitre consiste à présenter les méthodes de mesure et de calcul du champ électrique au sol. Nous présentons deux parties: Dans la première partie, nous présentons sommairement certaines méthodes analytiques et numériques de calcul du champ et nous donnons plus de détails sur la méthode des éléments finis que nous avons retenue pour le calcul du champ dans notre cas. La deuxième partie est consacrée aux différentes méthodes de mesure du champ électrique et nous nous intéressons plus particulièrement à celle utilisée dans notre expérimentation à savoir la méthode de la sonde à capacité répartie. Cette méthode a été élaborée au laboratoire de physique de la décharge de l’Ecole Supérieure d’Electricité (Supélec) dans une étude précédemment effectuée en collaboration avec le laboratoire de Haute Tension de l’ENP. Nous exposons dans le troisième chapitre les techniques expérimentales utilisées dans notre étude. Les résultats expérimentaux et leurs interprétations font l’objet du quatrième chapitre. Dans le cinquième chapitre, nous utilisons le logiciel FEMM (Finite Element Méthod Magnétics) pour compléter la partie expérimentale qui n’a pas pu être effectuée à cause de la panne du générateur de choc de foudre. Enfin dans ce même chapitre, nous présentons les différences entre les résultats expérimentaux et ceux obtenus par FEMM. Nous terminons par une conclusion générale sur notre travail.