Etude du rayonnement électromagnétique de la foudre en

2010
REPUBLIQUEALGERIENNEDEMOCRATIQUEETPOPULAIRE
MINISTEREDEL’ENSEIGNEMENTSUPERIEURETDELARECHERCHESCIENTIFIQUE
UNIVERSITEDESSCIENCESETDETECHNOLOGIED’ORAN
MOHAMEDBOUDIAF
FACULTEDEGENIEELECTRIQUE
DEPARTEMENTD’ELECTROTECHNIQUE
MEMOIREENVUEDEL’OBTENTIONDUDIPLOMEDEMAGISTER
Spécialité:Electrotechnique
Option:CompatibilitéElectroMagnétique(CEM)
Présentépar
M.HABRIKhaled
Sujetdumémoire
Etudedurayonnementélectromagnétiquedela
foudreenprésenced’unsolstratifié
SOUTENULEDEVANTLEJURYCOMPOSEDE:
Président: M.Flazi.S Professeur(USTOMB)
Rapporteur: M.Azzouz.Z Professeur(USTOMB)
Co‐Rapporteur: M.Mimouni.A Maîtredeconférences.A(Univ‐Tiaret)
Examinateurs: M.Kotni.L Maîtredeconférences(USTOMB)
Invité M.Guemri.B Maitreassistant.A(USTOMB)

Remerciements
Ce travail a été effectué au sein de l’équipe de compatibilité électromagnétique
au Laboratoire de Développement et d’Entraînement Electrique (LDEE), sous la
direction du professeur Z. Azzouz. Je tiens à exprimer tous mes remerciements et
mes reconnaissances à son égard pour sa confiance en m’accueillant dans son
équipe, et m’a donné la possibilité de mener ce travail dans des excellentes
conditions. Comme je le remercie vivement pour sa patience, ces conseils, ces
grandes qualités scientifiques et humaines et son professionnalisme qui m’ont
aidé et guidé tout le long de ce travail.
J’adresse mes sincères remerciements et reconnaissances à mon co-encadreur
Monsieur A. Mimouni pour son amitié, ses aides et ses conseils qui ont m’éclairé le
droit chemin de cette étude.
J’exprime ma reconnaissance au professeur S. Flazi pour l’honneur qu’il m’a fait
en présidant le jury de soutenance, qu’il trouve ici l’expression de mes
remerciements les plus vifs.
Que tous les membres de jury qui ont bien voulu évaluer et examiner mon
travail, trouvent ici l’expression de mon profond respect. Je remercie :
Monsieur L. Kotni, Maître de conférences (USTOMB)
Monsieur B. Guemri Maître assistant. A (USTO-MB).
Mes remerciements s’adressent également à tout le corps enseignant qui a
contribué à ma formation.
Je n’oublierais pas d’adresser mes remerciements à mes collègues et amis avec
lesquels ce fut toujours agréable de travailler.
Je ne terminerais pas sans associer à mes remerciements tous les membres de ma
famille pour leur soutien tacite, amicale et morale.

Résumé
L’objectifdecemémoireàétéladéterminationetl’étudedurayonnement
électromagnétiquedelafoudreenprésenced’unsolstratifié,structurequicorrespond
mieuxàlaréalitéphysique.Lecalculduchampélectromagnétiquerayonnéparuncoup
defoudreesteffectuéendessousetaudessusdusol.Cettecaractérisationnécessiteau
préalablelaconnaissancedeladistributionspatio‐temporelleducourantd’arcen
retour,cedernierestliéaucourantàlabaseducanaldefoudreàtraverslesmodèles
d’ingénieur.Nousavonsdansunpremiertempsabordélamodélisationducourant
associéàlaphased’arcenretourainsiquecelleducourantausol.Dessimulationsde
cesdeuxcourantsontétéensuiteeffectuées,surlabasedemodèlesappartenantàla
familledesmodèlesd’ingénieur.
Lasuitedutravailaétéconsacréeàlasimulationdurayonnementélectromagnétiquede
lafoudreenprésenced’unsolstratifiéhorizontalement,ainsiqu’enprésenced’unsol
stratifiéverticalement,L’étudeanécessitéledéveloppementd’uncodedecalculsous
environnementMatlab,basésurlaméthodedesdifférencesfinies(FDTD).Lecode
développéaétéensuitevalidéàtraversdescomparaisonsdesrésultatsobtenusavec
desrésultatsexpérimentauxtirésdelalittérature.Nousnoussommesensuiteintéressés
àl’étudedel’influencedelastratificationhorizontaleetdelastratificationverticaledu
solsurlesformesd’ondesduchampélectromagnétiquerayonnéparlafoudre.Les
résultatsobtenusrejoignentlesanalyseseffectuéespard’autreschercheursdansce
domaine.Ainsi,nousavonsmisenévidence,àtraverscesrésultats,l’effetdela
stratificationdusolsurlechampélectromagnétiquerayonnéparlafoudre.

Tabledesmatières
Introductiongénérale
2
ChapitreI:Phénoménologiedelafoudreetobservations
expérimentales
I.1Introduction 7
I.2Phénoménologie7
I.2.1Définitionduphénomènedelafoudre7
I.2.2Mécanismedeformationdesnuagesorageux 7
I.2.3Mécanismed’électrisationdesnuagesorageux 8
I.2.4Formationdeséclairsetdéclenchementd’uncoupdefoudre8
I.2.5Catégoriesdecoupsdefoudre9
I.2.6Différentesphasesd’unedéchargenégativenuage–sol10
I.3Observationsexpérimentales13
I.3.1Caractéristiquesducourantd’arcenretour 13
I.3.1.1Mesureducourantdel’arcenretouràl’aidedetoursinstrumentées13
I.3.1.2Déclenchementartificieldelafoudre 16
I.3.2Caractéristiquesdelavitessedel’arcenretour 18
I.3.3Caractéristiquesduchampélectromagnétiqueassociéaucourantdel’arc
enretour 19
I.4Conclusion
23
ChapitreII:Synthèsesurlamodélisationdurayonnement
électromagnétiquedelafoudre
II.1Introduction 26
II.2Modélisationducanaldefoudrelorsdelaphased’arcsenretour27
II.2.1Classificationdesmodèlesd’arcenretour27
II.2.2Formesanalytiquesducourantd’arcenretouràlabaseducanal 28
II.2.3Modélisationdeladistributionspatio‐temporelleducourantd’arcen
retourlelongducanal(Modèlesd’ingénieur)
34

II.2.3.1ModèledeBruceetGoldeBG
II.2.3.2ModèledelalignedetransmissionTL(TransmissionLine)34 36
II.2.3.3ModèledelasourceducourantmobileTCS(TravellingCurent
Source)37
II.2.3.4ModèledelalignedetransmissionmodifiéMTL(Modified
TransmissionLine)38
II.2.3.5ModèledeDiendorferetUman40
II.2.3.6Représentationgénéraledecinqmodèlesd’ingénieur 40
II.3Approchesd’évaluationduchampélectromagnétiquerayonnéparlafoudre 42
II.3.1Calculduchampélectromagnétiqueaudessusdusol 42
II.3.1.1Formulesgénérales 42
II.3.1.2Approximationd’unsolparfaitementconducteur 44
II.3.1.3ApproximationdeCooray‐Rubenstein 45
II.3.2Champélectromagnétiqueendessousdusol 47
II.3.2.1ApproximationdeCooray 47
II.3.2.2AlgorithmedeDelfinoetal. 48
II.3.2.3ApproximationparlaméthodeFDTD 49
II.4Conclusion
50
ChapitreIII:Etudedurayonnementélectromagnétiquedelafoudre
enprésenced’unsolstratifié(formulationdeWait)
III.1Introduction 53
III.2Etatdel’art 54
III.3Casd’unsolstratifiéhorizontalement 55
III.3.1Premièreapproximation 57
III.3.2Secondeapproximation 58
III.4Casd’unsolstratifiéverticalement 58
III.5RésultatsobtenusparShooryetal. 61
III.5.1Résultatsobtenusdanslecasd’unsolstratifiéhorizontalement 61
III.5.2Résultatsobtenusdanslecasd’unsolstratifiéverticalement 66
III.6Conclusion
67