calcul du champ electromagnetique rayonne par un coup de

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de Technologie d’Oran
Mohamed Boudiaf
FACULTÉ DE Génie Electrique
DEPARTEMENT d’Electrotechnique
MEMOIRE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME DE
MAGISTER
SPECIALITE : ELECTROTECHNIQUE
OPTION : EXPLOITATION DES RESEAUX DE TRANSPORT 400Kv ET PLUS.
Présenter par :
Mr : MOKHTARI AHMED
Sujet du mémoire
SOUTENUE LE : DEVANT LE JURY COMPOSÉ DE :
Président : M S. FLAZI Professeur (USTO-MB)
Rapporteur : M Z.AZZOUZ Professeur (USTO-MB)
Co-Rapporteur : M B.GHEMRI M.A (A) (USTO-MB)
Examinateurs : M T.BOUTHIBA Maître de conférences (USTO-MB)
M L.KOTNI Maître de conférences (USTO-MB)
CALCUL DU CHAMP ELECTROMAGNETIQUE RAYONNE PAR UN
COUP DE FOUDRE EN PRESENCE D’UN SOL DE CONDUCTIVITE
FINIE

Remerciements
Ce travail a été effectué au sein de l’équipe de compatibilité électromagnétique au
laboratoire de développement et d’entraînement électrique (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 B.GHEMRI 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 :
M. BOUTHIBA.T, Maître de conférences (USTO-MB)
M. KOTNI.L, Maître de Conférences (USTO-MB)
Je remercie également monsieur H.KHALED pour son aide si précieuse.
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.

Table des Matières
Introduction générale..........................................................................................................................................1
Chapitre I : Description Phénoménologique Expérimentale de la Foudre
I-1 Introducion ........................................................................................................................................................3
I-2 La CEM, quelques définitions .....................................................................................................................3
I-3 Conception de base de la CEM ...................................................................................................................6
I-4 Phénoménologique expérimentale de la foudre ......................................................................................9
I-4-1 Mécanisme de la formation de l’orage ...............................................................................................9
I-4-2 Catégories de coups de foudre ............................................................................................................10
I-4-3 Décharges négatives nuage-sol...........................................................................................................11
I-5 Observations expérimentales ......................................................................................................................13
I-5-1 Caractérisation du courant de l’arc en retour..................................................................................13
I-5-2 Courant mesurés à la base du canal...................................................................................................15
I-5-3 Vitesse de l’arc en retour......................................................................................................................17
I-5-4 Caractéristiques du champ électromagnétique...............................................................................17
a) Distances supérieures à 1 km.................................................................................................................17
b) Distances inférieures à 1 km..................................................................................................................19
I-6 Conclusion........................................................................................................................................................22
Chapitre II : Modélisation et simulation spatio- temporelle du courant de foudre
II-1 Introduction ....................................................................................................................................................23
II-2 Formulation du champ electromagnetique rayonne par la foudre..................................................24
II-2-1 Champ électromagnétique au dessus du sol..................................................................................24
II-2-1-1 Equations générales........................................................................................................................24
II-2-1-2 Cas d’un sol parfaitement conducteur ......................................................................................25
II-2-1-3 Validation de l’hypothèse d’un sol parfaitement conducteur.............................................26
II-2-1-4 Approximation de Cooray-Rubinstein......................................................................................27
II-2-2 Champ electromagnetique en dessous du sol................................................................................28
II-2-2-1 Formule de Cooray.........................................................................................................................29
II-3 Modélisation du courant de foudre..........................................................................................................30
II-3-1 Modèles du courant à la base du canal de foudre......................................................................30
II-3-1-1 Modèle bi-exponentiel.................................................................................................................30
II-3-1-2 Modèle d’Heidler..........................................................................................................................31
II-3-1-3 Modèle hybride (Heidler - bi-exponentiel)...........................................................................33
II-3-2 Modélisation de la distribution spatio-temporelle des courants d’arcs en retour le
long du canal...........................................................................................................................................................35
II-3-2-1 Modèle de la ligne de transmission TL.................................................................................35
II-3-2-2 Modèle de la ligne de transmission modifiée MTL .........................................................36
a) Modèle de la ligne de transmission modifié avec décroissance linéaire MTLL...............36
b) Modèle de la ligne de transmission modifiée avec décroissance exponentielle MTLE.37
II-3-2-3 Modèle de Bruce et Golde BG.................................................................................................38
II-3-2-4 Modèle de la source de courant mobile TCS.......................................................................39
II-3-3 Généralisation des modèles d’ingénieur.......................................................................................40
II-4 Distribution du courant dans la tour et dans le canal de foudre .....................................................41

II-4-1 Modèle de Rachidi et al ...................................................................................................................41
II-4-2 Modèle de Baba et Rakov ...............................................................................................................42
II-4-3 Exemple d’illustration .....................................................................................................................43
II-5 Conclusion .....................................................................................................................................................47
Chapitre III : Calcul du champ électromagnétique rayonné par un coup de foudre
III.1 Introduction...................................................................................................................................................48
III.2 Calcul du champ électromagnétique généré par la foudre...............................................................48
III.3 Calcul du champ électromagnétique......................................................................................................51
III. 3.1 Formulation du champ magnétique par l’algorithme de Delfino et al..................................51
III.3.1.1 Points de branchement................................................................................................................54
III.3.1.2 Termes de dépendance du champ EM de la conductivité du sol...................................56
III.3.2 Calcul de la composante azimutale du champ magnétique.......................................................58
III.4 Conclusion....................................................................................................................................................61
Chapitre IV : Analyse et résultat du champ E.M rayonné par un coup de foudre
IV.1 Iintroduction..................................................................................................................................................62
IV.2 Influence de la conductivité finie du sol sur le champ électrique................................................62
IV.3 Influence de la distance radiale D par rapport au canal de foudre...............................................63
IV.4 Influence de la profondeur S par rapport au sol.................................................................................66
IV.5 Algorithme de Delfino...............................................................................................................................68
VI.5.1 Champ magnétique azimutal ................................................................................................68
IV.6 Conclusion.....................................................................................................................................................73
Conclusion générale...........................................................................................................................................74
Bibliographie.........................................................................................................................................................76

Introduction Générale