Modélisation de la décharge négative dans les grands intervalles d'air : Application à la foudre

• Auteur / Autrice : Jean Hubert Rakotonandrasana
• Direction : Abderrahmane Beroual
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEGELY - Centre de génie électrique de Lyon (Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnements

Ondes électromagnétiques

Décharges électriques

Foudre

Mots clés libres

Long intervalle d'aire

Décharge négative

Streamer

Leaders d'électrode et spatiaux

Propagation et arc retour

Résumé

Ce travail porte sur la modélisation de la décharge négative dans les grands intervalles d’air soumis à des ondes de tension de type bi-exponentielles (foudre ou manoeuvre) ou constantes. Ainsi, un modèle dynamique et autonome permettant de prédire l’ensemble des paramètres macroscopiques de la décharge négative et tenant compte des différentes phases de propagation (initiation de la première couronne, système pilote, formation des leaders d’électrode et spatiaux, jonctions et ré-illuminations, saut final) jusqu’à l’arc en retour, est présenté. Ce modèle est basé sur des schémas électriques équivalents dont les paramètres varient avec le temps en fonction des caractéristiques du canal et de la géométrie de la décharge, les lois de l’électromagnétisme et la théorie des gaz. Les propagations des leaders et des streamers sont basées sur des critères de champs électriques tenant compte de l’aspect aléatoire du trajet de la décharge. Le modèle permet de déterminer les caractéristiques spatio-temporelles de la décharge telles que le courant du leader (canal principal), la charge correspondante, des trajectoires plausibles, sa vitesse instantanée, le gradient de potentiel et le rayon thermique du leader négatif d’électrode, la puissance et l'énergie injectées dans l'intervalle, l'instant et la tension d'amorçage ainsi que l’évolution de l’arc en retour. Il permet également, pour une configuration d’électrodes donnée, de déterminer la tension de claquage U50, constituant ainsi un outil appréciable pour le dimensionnement des structures isolantes. Les résultats issus de ce modèle sont en bon accord avec ceux obtenus expérimentalement. Un modèle de foudre négatif a été également établi en se basant sur la grande similarité observée entre les grandes étincelles de laboratoire et les décharges atmosphériques. Les caractéristiques obtenues à partir de ce modèle ont été trouvées conformes aux mesures effectuées lors des décharges naturelles. L'environnement électromagnétique associé au précurseur de foudre a été ensuite caractérisé et les champs électriques et magnétiques obtenues sont aussi en bon accord avec celles relevées expérimentalement.