| Titre : | MODELISATION NUMERIQUE DE LA PROTECTION PRIMAIRE CONTRE LA FOUDRE DANS LE CAS DES TERRE HETEROGENES |
| Auteurs : | ali KHECHEKHOUCHE, Auteur ; Djilani Ben Attous, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2017 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | champ électrique,rigidité des intervalles d’air,terre discontinue,terre hétérogène,Méthode d’élément finis,prédécharge de foudre. |
| Résumé : |
RESUME :
L’objectif de nos travaux de recherche est de déterminer numériquement l’intensité du champ électrique à la surface d’un plan hétérogène d’un système tige-plan. Ce système simulerait l’étape finale d’un traceur de foudre descendant négatif juste avant l’impact final. Nous avons établi deux modèles représentant le phénomène de la prédécharge de foudre. Le premier était un modèle mathématique et le deuxième était un modèle expérimental. A l'aide de ces deux modèles nous avons étudié l'inf1uence de l'hétérogénéité du sol sur 1'impact probable par la décharge de Foudre. Le modèle mathématique nous a permis, à l'aide de méthode d’élément finis, de calculer l’intensité du champ électrique sur la surface du sol hétérogène lors de 1’évo1utíon de la prédécharge de foudre. La structure de ce modèle présentait une symétrie cylindrique qui caractérisait le sol hétérogène constitué de deux composantes. Ainsi, nous avons utilisé une sonde à capacité repartie pour déterminer l’intensité du champ en différents points du sol pour différentes configurations du système utilisé, par un modèle expérimentale. 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 discontinu et hétérogène. L'intensité du champ électrique à la surface du sol est augmentée au niveau de l’interface de ces deux composantes. Cette augmentation dépend des conductivités des composantes du sol, de la distance h entre la prédécharge et le sol et de la distance D qui sépare l’axe de cette décharge et 1'interface. ABSTRACT : The aim of our research investigations is to numerically determine the electric field intensity on the surface of a heterogeneous plane of a rod-plane arrangement. This system simulates the final step of a negative lightning stepped leader just before the final impact. We have established two models representing the phenomenon of pre-discharge lightning. The first was a mathematical model and the second was an experimental model. Using these two models we have studied the influence of the heterogeneity of the earth on the probable impact of the discharge of lightning. The mathematical model has permitted us, using finite element method to calculate the electric field intensity on the surface of heterogeneous earth, during the evolution of the pre-discharge lightning. The structure of this model had a cylindrical symmetry that characterized the heterogeneous earth consists of two components. Thus, we used probe with distributed capacity to determine the field strength at various points of earth for different configurations of the system used by an experimental model. Our investigations contribute to improve the interpretation of investigations results previously carried out at the ENP High Voltage Laboratory in the field of rod-discontinuous plane air gaps strength. The intensity of the electric field at the ground surface is increased at the interface of these two components. This increase depends on the conductivities of the earth components, |
| Sommaire : |
INTRODUCTION GENERALE...................................................................................................... 1
Chapitre I Foudre et Protection contre la foudre INTRODUCTION...................................................................................................................... 4 I.1 ELECTRICITE ATMOSPHERIQUE ET PHENOMENE PRECURSEUR. ....................... 4 I.1.1 le condensateur terrestre.............................................................................................................. 4 I.1.2 le Nuage Orageux I.1.2.1 Formation des nuages ...................................................................... 5 I.1.2.2 Formation des charges électriques ....................................................................................... 5 I.1.3 Champ Electrique au sol ......................................................................................................... 6 I.2 SEVERITE ORAGEUSE ..................................................................................................... 8 I.2.1 Niveau kéraunique et la densité des coups de foudre au sol ....................................................... 8 I.2.2 Facteurs locaux influencent le foudroiement. ............................................................................. 9 I.2.2.1 Facteur topologique............................................................................................................. 9 I.2.2.2 Facteurs géologiques............................................................................................................ 9 I.2.3 Dispositif de mesure de la densité de foudroiement. ................................................................ 10 I.2.3.2 Compteur optique............................................................................................................... 11 I.2.3.3 Comptage et localisation par triangulation ........................................................................ 11 I.3 CLASSIFICATION DES COUPS DE FOUDRE. ............................................................ 11 I.3.1 Classification des coups de foudre........................................................................................... 11 I.3.2 DEROULEMENT D’UN COUP DE FOUDRE....................................................................... 12 I.3.2.1 Coup de foudre ascendant .................................................................................................. 12 I.3.2.2 Coup de foudre descendant ................................................................................................ 13 I.4 FORMES ET AMPLITUDES DES IMPULSIONS DES COUPS DE FOUDRE............. 14 I.4.1 Formes des décharges négatives ............................................................................................... 14 I.4.2 Formes des décharges positives ................................................................................................ 15 I.4.3 Distribution des amplitudes ...................................................................................................... 15 I.4.4 Autres paramètres caractérisant la foudre. ................................................................................ 17 I.4.6 Les effets de la foudre............................................................................................................. 18 I.5 PROTECTION CONTRE LA FOUDRE .......................................................................... 20 I.5.1 Introduction............................................................................................................................... 20 I.5.2 Le mécanisme d’impact d’un coup de foudre ........................................................................... 20 I.5.3 Le modèle électrogeometrique.................................................................................................. 21 I.5.3.1 Champ généré au sol par le traceur descendant ................................................................. 21 I.5.3.2 Distance d’amorçage du modèle de Whitehead ................................................................. 23 I.5.4 Critique du modèle électrogéométrique.................................................................................... 25 I.5.5 Application du modèle électrogéométrique .............................................................................. 25 I.5.5.1 Méthode de la sphère fictive .............................................................................................. 26 I.5.5.2 Zone de capture d’une tige verticale .................................................................................. 27 I.6 CONCLUSION.................................................................................................................. 29 Chapitre II Phénomènes de conduction des Diélectriques INTRODUCTION.................................................................................................................... 30 II.1. DISTRIBUTION DU CHAMP AU SOL......................................................................... 30 II.1.1 Composition, permittivité, conductivité. ................................................................................ 30 II.1.2 Equation de continuité. ........................................................................................................... 31 II.1.3 Les temps caractéristiques de la prédécharge de foudre......................................................... 33 II.2 CONDUCTION DANS LES LIQUIDES DIELECTRIQUES ....................................... 34 II.2.1 Conduction volumique.......................................................................................................... 34 II.2.2 Phénomène d’injection d’ions .............................................................................................. 35 II.2.3 Autres phénomènes de conduction : ........................................................................................ 36 II.3 CONDUCTION DANS LES GAZ.................................................................................. 36 II.3.1 Conduction volumique dans les gaz ..................................................................................... 37 II.3.2 Décharges électriques dans les gaz....................................................................................... 38 II.4 DECHARGE COURONNE ............................................................................................ 41 II.4.1 Cas d’une pointe négative..................................................................................................... 41 II.4.1.1 Apparence lumineuse : ...................................................................................................... 41 II.4.1.2 Influence de la nature du gaz :........................................................................................... 42 II.4.1.3 Stabilité du phénomène : ................................................................................................... 42 II.4.2 Cas d’une pointe positive..................................................................................................... 43 II.4.2.1 Apparence lumineuse :................................................................................................... 43 II.4.2.2 Stabilité du phénomène :................................................................................................ 43 II.5 INFLUENCE DES PROPRIETES ELECTROGEOLOGIQUES DU SOL SUR LA PREDECHARGE DE FOUDRE. ............................................................................................ 44 II.5.1 Cas d’un sol homogène mauvais conducteur........................................................................... 45 II.5.2 Cas d’un sol hétérogène........................................................................................................... 48 II.5.3 Cas d’un sol discontinu............................................................................................................ 49 II.6 CONCLUSION ................................................................................................................. 50 Chapitre III Etude numérique de la configuration point-plan hétérogène INTRODUCTION.................................................................................................................... 51 III.1 CONSIDERATION DES PHENOMENES NATUREL. ................................................ 51 III.1.1 Prédécharge de foudre. ........................................................................................................... 51 III.1.2 Déplacement des charges dans le sol...................................................................................... 52 III.1.3 Description mathématique des phénomènes naturels............................................................. 53 III.2 LE CHOIX DU DOMAINE A ETUDIER....................................................................... 54 III.3 LA RESOLUTION DE L’EQUATION DE POISSON A L'AIDE DE LA METHODE DES ELEMENTS FINIS. ........................................................................................................ 56 III.4. RESOLUTION NUMERIQUE....................................................................................... 60 III.4.1. Conditions initiales de la densité de charge au sol. ............................................................... 61 III.4.2. Maillage du domaine. ............................................................................................................ 61 III.4.3. Détermination des éléments du système d'équations à résoudre. .......................................... 62 III.4.4. Introduction des conditions aux limites................................................................................. 62 III.4.5. Résolution du système d’équations algébriques linéaires. .................................................... 63 III.5. DETERMINATION DU CHAMP ELECTRIQUE AU SOL......................................... 63 III.6. DETERMINATION DE LA DENSITE DE COURANT AU SOL. .............................. 64 III.7. DETERMINATION DE LA VARIATION DE LA DENSITE DE CHARGE.............. 64 III.8. RESOLUTION DU SYSTEME DANS LES CAS PARTICULIERS............................ 66 III.8.1. Cas examinés......................................................................................................................... 66 III.8.2. Résultats obtenus................................................................................................................... 69 III.9 CONCLUSION ............................................................................................................... 79 Chapitre IV Technique Expérimentale IV.1 INTRODUCTION ........................................................................................................... 80 IV.2 GENERATION DES ONDES DE CHOC....................................................................... 81 IV.3 TENSION DE CHOC DELIVREE.................................................................................. 82 IV.4 DETERMINATION DE LA TENSION U0% ................................................................. 83 IV.5 CORRECTIONS ATMOSPHERIQUES........................................................................ 84 IV.5.1 Influence de la densité relative de l’air ................................................................................. 84 IV.5.2 Influence de l’Humidité ........................................................................................................ 84 IV.7 Mesure du champ par la méthode de la sonde à capacités reparties (S.C.R).................. 85 IV.7.1 Circuit de mesure : ................................................................................................................ 85 IV.7.2 Equation reliant Vlue au champ E ......................................................................................... 85 IV.7.3 Détermination de la constante de la sonde ks ....................................................................... 87 IV.6 MODELES EXPERIMENTAL ...................................................................................... 87 IV.6.1 Modèle expérimental avec terre homogène .......................................................................... 88 IV.6.1.1 Détermination de la tension U0% ........................................................................................ 88 IV.6.1.2 Distribution du champ en fonction de la distance tige-axe de la sonde ............................. 89 IV.6.1.3 Distribution du champ en fonction de la longueur de l’intervalle d’air (h)........................ 90 IV.6.1.4 Distribution du champ en fonction de la tension U0% ........................................................ 90 IV.6.2 Modèle expérimental avec terre discontinue......................................................................... 93 IV.6.3 Modèle expérimental avec terre hétérogène.......................................................................... 98 IV.6.3.1 Présentation du modèle. ................................................................................................. 98 IV.6.3.2 Essais.............................................................................................................................. 98 VI.7 CONCLUSION..............................................................................................................102 Chapitre V Conclusions Générale CONCLUSIONS GENERALE...............................................................................................103 Référe |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0787 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin |
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