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La pollution harmonique due aux convertisseurs
statiques
Chapitre 1
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Chapitre 1 : la pollution harmonique due aux
convertisseurs statiques

La pollution harmonique due aux convertisseurs
statiques
Chapitre 1
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1.1 Introduction :
La qualité d’énergie est une notion très importante pour les utilisateurs, donc le
distributeur de l’énergie électrique doit leurs fournir une bonne qualité d’électricité ce que veut
dire une tension d’onde sinusoïdale[1].
Ces dernières années, l’énergie électrique a connu un vaste champ dans plusieurs domaines.
Le plus souvent cette énergie est utilisée en alternatif. Mais le courant continu est adapté dans
plusieurs application comme les machines électriques à courant alternatif. Le passage de la
forme continu à la forme alternative ou bien le contraire nécessite l’installation des
convertisseurs statique statiques (redresseurs, gradateurs, onduleurs, hacheurs) entre la source
(les batteries, les sources renouvelables, réseau électrique, …) et la charge (charges passives,
les machines alternatives, …) pour qu’ils assurent la conversion et le traitement de l’énergie
[2]. Ces dispositifs modifient les caractérisations liées à la forme d’onde de la source d’énergie
électrique afin de l’adaptée aux spécifications de la charge [6].
Ces convertisseurs statiques comprennent des éléments de filtrage et de stockage d’énergie
(inductances, condensateurs, …) et les semi-conducteurs qui sont utilisé comme interrupteurs
de puissance pour gérer l’énergie électrique. La commutation de ces interrupteurs engendre un
fonctionnement en impédance variable par rapport à la source et les convertisseurs statiques
consomment de l’énergie réactive et des courants non sinusoïdaux. Ces perturbations causées
par ces charges non linéaires peuvent poser plusieurs problèmes aux réseau électriques [2].
Nous commençons ce chapitre introductif par des généralités sue la qualité d’énergie
électrique, ensuite nous parlerons sur les perturbations harmoniques, leurs origines, leurs
caractérisations, et les conséquences provoqués, nous exposons les harmoniques provoqués par
redresseurs à commutation naturelle. Enfin, nous étudierons les différentes solutions
traditionnelles et modernes permettant la limitation de ces harmoniques.

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1.2 Qualité de L’énergie Electrique :
L’énergie fournie par l’ensemble de distributeurs aux clients et utilisateurs doit être de
bonne qualité sous forme de tension sinusoïdales ,d’amplitude et de fréquence constante qui
constituent un réseau électrique triphasé équilibré [1].
La qualité de l’énergie électrique est un large concept, elle est étroitement liée à la qualité
de fourniture électrique, la qualité courants et la qualité de l’onde de tension. La qualité des
courants reflète La possibilité des charges à fonctionner sans créer des perturbations ni la
réduction de l’efficacité des systèmes de puissance détermine. Par contre, La qualité de la
tension peut être affecter en premier lieu par des variation lentes : creux de tension, surtension,
déséquilibres, coupure et en deuxième lieux par des variation rapides : les flickers, les
surtensions transitoires, les harmoniques. C’est pour cette raison que c’est considéré que la
qualité de l’énergie électrique dépend de la qualité de l’onde de tension [2].
L’énergie électrique est délivrée aux clients en système triphasé équilibré, ce système est
caractérisé par : l’amplitude, la fréquence, la forme sinusoïdale de l’onde et la symétrie de
système triphasé. Ces caractéristiques peuvent être affecter par des phénomènes physiques
appelés perturbations. Ces perturbations sont classées suivant la durée du phénomène qu’il les
provoque, on peut distinguer :
- Phénomènes permanents qui durent plusieurs minutes : harmoniques, flicker
déséquilibre.
- Phénomènes de brève durée : diminution brutale de la tension à une valeur situé entre
10 % et 90 % de la tension (creux de tension, coupures ) qui durent quelques
secondes[4].
1.3 Problématique des Harmoniques :
Les harmoniques sont des perturbations permanentes affectant la forme d’onde de tension
du réseau. Ces perturbations résultent de la superposition sur l’onde fondamentale, d’ondes
également sinusoïdales mais de fréquences multiples de celle du fondamental. En effet la
problématique des harmoniques ou bien le phénomène de pollution harmonique qui est très
répandu aujourd’hui est le problème qui préoccupe plusieurs groupes de recherche qui sont
actives dans le domaine de l’amélioration de la qualité d’énergie électrique pour éliminer ou
minimiser ces harmoniques [4].

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Un récepteur d’énergie qui consomme la puissance réactive ou s’il absorbe des courants
non sinusoïdaux ou des courants déséquilibres, le réseau électrique le considère comme une
charge perturbatrice. Quand l’impédance du réseau n’est pas négligeable, les tensions de ce
réseau peuvent être déformées ou déséquilibrées par les perturbations tel que : les harmoniques,
flicker, le déséquilibre, creux de tension et les coupures [2].
Les charges non linéaires injectent les harmoniques de courant dans le réseau, ces
harmoniques se propagent dans le réseau et affectent l’onde de tension en différents points de
réseau. Seulement les impédances indépendantes de la fréquence des courants harmoniques et
les points de division des courants qui peuvent minimiser cette propagation [4]
1.3.1 Origine des Harmoniques :
L’augmentation sensible de niveau de la pollution harmonique des réseau ces dernières
années, reflète la prolifération des dispositif électriques à base de l’électronique de puissance
(convertisseurs statiques). Ces dispositifs électriques émissent des courants harmoniques dont
les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale, pour cela ils sont
considérés étant des charges non linéaires [5]. En générale, seul les harmoniques impaires
existent, les harmoniques impaires sont négligeables Nous pouvons aussi observer des sous
harmoniques ou des inter-harmoniques à des fréquences non multiples de la fréquence
fondamentale.[2].
Lorsque les courants harmoniques traversent les impudences d’un réseau électrique ils
entrainent des tensions harmoniques au point de raccordement. En effet, Les consommateurs
alimentés par un réseau électrique seront pollués (perturbation des équipements raccordés) [6].
Figure 1.1. Ondes des tensions distordues à partir des harmoniques.
On peut distinguer deux types de sources des harmoniques :

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1.3.1.1 Sources Harmoniques Identifiables :
Les sources identifiables sont représentées par dispositifs à base de l’électronique de
puissance comme les redresseurs et les cyclo convertisseurs d’une puissance importante qui
sont installés dans le réseau électrique. En effet La quantification de perturbation et
l’identification du point d’injection de l’harmonique sont possibles avec ces charges non
linéaires. Pour ne pas être pénaliser, l’utilisateur doit trouver les moyens nécessaires pour
réduire ces perturbations au-dessous de seuil que le distributeur exige [6].
1.3.1.2 Sources Harmoniques non Identifiable :
Les appareils utilisés dans le tertiaire ou dans l’électrodomestiques tel que le micro-
ordinateur, le téléviseur sont des sources harmoniques non identifiable. Ces équipements sont
constitués d’un redresseur monophasé à diodes et un condensateur de lissage, ils ont la
possibilité de prélever les courants harmoniques non identifiables. Dans ce cas, comme
l’utilisateur génère un taux d’harmonique faible, le distributeur de l’énergie électrique est le
responsable d’empêcher les perturbations harmoniques de se propager dans le réseau
électrique [2]
1.3.2 Caractérisation des Harmoniques :
Afin de prédire et de préciser le comportement des perturbations harmoniques dans le
système, une mesure précise de tension de système et de courant harmonique est nécessaire
[7]. Déférentes grandeurs sont définies pour pouvoir chiffrer ces perturbations harmoniques et
quantifier la puissances réactive consommée :
1.3.2.1 Taux Harmonique de Rang n :
Il est défini par le rapport entre la composante harmonique (de courant ou de tension)
d’ordre n et la composante de terme fondamentale (de courant ou de tension). En écrit :
 (1.1)
avec : Vn , In représentent les composantes d’ordre n et V1,I1 représentent les composantes
fondamentale [4].