R M U

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie d’Oran
Mohamed BOUDIAF
FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE
DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE
MEMOIRE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME DE MAGISTER
Spécialité : Ecole Doctorale de Génie électrique
Option : Compatibilité Electromagnétique (CEM)
Présenter par
:
Mr. ZIANE AHMED
Sujet du mémoire
SOUTENUE LE : DEVANT LE JURY COMPOSE DE :
Président : Mr BOUTHIBA Tahar Professeur (USTOMB)
Rapporteur : Mr AZZOUZ Zin-Eddine Professeur (USTOMB)
CO- Rapporteur : Mr Mimouni Abdenbi Maitre de conférences .A (Univ-Tiaret)
Examinateur : Mr Flazi Samir Professeur (USTOMB)
Examinateur : Mr Kotni Lahouari Maitre de Conférences .A (USTOMB)
2014
Calcul du champ électromagnétique de foudre
en présence d’un sol stratifié verticalement
et d’une tour élevée

Remerciements
Ce travail a été effectué au sein de l’équipe de compatibilité électromagnétique au
Laboratoire de développement et d’entraînement électrique (LDEE), de l’Université des
Sciences et de la Technologie d’Oran Mohamed BOUDIAF. Sous la direction du Professeur
Zin Eddine Azzouz.
Tout d’abord, je tiens à remercier le Professeur. Zin eddine Azzouz qui m’a offert la
possibilité de réaliser une thèse sous sa direction. Je lui suis reconnaissant surtout pour sa
confiance en moi et pour m’avoir toujours guidé dans la bonne direction. Son encadrement
souple mais opportun me couvrit de son aile tutélaire depuis le choix du sujet pour lequel
la plus grande liberté me fut laissée jusqu’à la relecture critique de la présente thèse. Que
cette thèse soit un témoignage de ma respectueuse reconnaissance pour l’intérêt constant
qu’il a porté à mon travail en me faisant bénéficier de son expérience.
Mes sincères remerciements s’adressent 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’adresse mes sincères remerciements Dr : T.Bouthiba pour avoir accepté la présidence du
jury, pour sa suggestions et remarques constructives.
Que tous les membres de jury qui ont bien voulu évaluer et examiner mon travail, trouvent
ici l’expression de mon profond respect.et aussi d'avoir accepté de participer à ce Jury.
Je remercie :
Mr S.Flazi (USTO-MB)
Mr. L.Kotni (USTO-MB)
Je remercie également monsieur B.Ghemri (USTO-MB) pour son aide si précieuse et pour
les connaissances nécessaires pour mener à bien le projet que je me suis vue confié.
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, amical et moral.

Je dédié ce modeste travail à :
Mes parents,
Mes frères et sœurs,
Ma femme et mes trois enfants,
Tous mes amis.

Résumé
L’objectif de ce travail réside dans l’étude et la détermination du champ
électromagnétique rayonné par foudre pour un sol stratifié verticalement et en présence
d’un tour. Le calcul du champ électromagnétique rayonné par un coup de foudre est
effectué au niveau 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 de la tour et 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 par
foudre en présence d’un sol stratifié verticalement en présence d’une tour à l’aide d’une
méthode numérique intéressante à savoir la méthode FDTD. Le premier objectif fixé a été
de valider les résultats de simulation en les comparants avec ceux de la littérature
spécialisée basés sur d’autres approches. Nous nous sommes intéressés ensuite à l’étude de
l’influence de la stratification verticale du sol sur les formes d’ondes du champ
électromagnétique associé au coup de foudre.

SOMMAIRE
SOMMAIRESOMMAIRE
SOMMAIRE
Introduction générale
Chapitre I: Phénoménologie de la foudre
I.1 Introduction……………………………………………………………………………………………………….. 3
I.2 Description phénoménologique……………………………..……………………………………………..3
I.2.1 Mécanismes de formation des nuages orageux……………………………………………..3
I.2.2 Répartition des charges à l’intérieur d’un nuage…………………………………………..3
I.2.3 Types de coup de foudre……………………………………………………………………………..5
I.2.3.1 Classifications des coups de foudre………………………………………………...…..5
I.2.3.2 Décharges négatives nuage-sol………………………………………………………….6
I.3 Observations expérimentales………………………………………………………………...……….……..8
I.3.1 Caractérisation du courant de l’arc en retour……………………………………………….8
I.3.1.1 Foudre naturelle…………………………………………………………………………….…8
I.3.1.1.1 Mesure du courant d’arc en retour en utilisant des tours
Instrumentées....................................................................................9
I.3.1.1 Foudre déclenchée artificiellement……………………………………………………13
I.3.2 Vitesse de l’arc en retour…………………………………………………………………….……..14
I.4 Caractérisation du champ électromagnétique..……………………..……………………………….15
I.5 Conclusion………………………………………………………………………….………………….…………….18
Chapitre II: Modélisation du rayonnement électromagnétique de la foudre
II.1 Introduction………………………………………………………………………………………………………..19
II.2 Détermination du courant de foudre à la base du canal…………………………………………19
II.2.1 Forme analytique du courant de foudre……………………………………………………....19
II.2.1.1 Modèle bi-exponentiel…………………………………………………………...………....19
II.2.1.2 Modèle d’Heidler……………………………………………………………...……………..21
II.2.1.3 Modèle Hybride……………………………………………………….……………..…….…23
II.2.2 Modélisation de la distribution de courant le long le canal de foudre… ……….. 24
II.2.2.1Modèles d’ingénieurs………………………………………………………………….…….25
II.2.2.1.1 Modèle de Bruce et Golde (BG)………………………………………….…25
II.2.2.1.2 Modèle de la ligne de transmission TL................................................26
II.2.2.1.3 Modèle de la ligne de transmission modifié
MTL (Modified Transmission-Ligne)……………………………….......27
II.2.2.1.4 Modèle de la source de courant mobile TCS
(Travelling Curent Source)……………………………………………...….29
II.2.2.1.5 Modèle de Diendorfer et Uman-DU……………………………………...30
II.2.3 Généralisation des modèles ingénieur………………………………………………...…….....30
II.3 Distribution du courant le long d’une tour et dans le canal de foudre…………..………...31
II.3.1 Modèle Rachidi et al……………………………………………………...………………..…………....31
II.3.2 Modèle de Y. Baba et V.A. Rakov………………………………………………..……..…………......32