doc num

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieure et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie d’Oran
Mohamed BOUDIAF
FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE
DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE
Université Amar Thelidji Laghouat
FACULTE DES SCIENCES ET SCIENCES DE L’INGENIEUR
DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE
ECOLE DOCTORALE EN GENIE ELECTRIQUE
MEMOIRE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MAGISTER
SPECIALITE : Electrotechnique
OPTION : Haute Tension et Environnement
Présenté par
BENSACI Ahmed
Ingénieur D’état En Electrotechnique De L’université De Laghouat
SUJET DE MEMOIRE
Soutenu le 22/05/2011 devant le jury composé de :
Mr. HAMID Azzedine Maître de conférences A (USTMB Oran) PRESIDENT
Mr. MAHI Djilali Professeur (UAT Laghouat) RAPPORTEUR
Mr. FLAZI Samir Professeur (USTMB Oran) EXAMINATEUR
Mr. HENNAD Ali Professeur (USTMB Oran) EXAMINATEUR
Mr. ZEGNINI Boubakeur Maître de Conférences A (U.A.T Laghouat) EXAMINATEUR
Modélisation d’une Décharge Dynamique Multi-branches
Alimentée en Courant Alternatif, sur une Surface Isolante
Polluée

Remerciements
Pour commencer je remercie ALLAH de m’avoir donné le courage et la patience durant l’élaboration
de ce travail.
Je tiens tout particulièrement à remercier Monsieur Mahi Djilali, mon directeur de thèse, de m’avoir
dirigé tout au long de ce travail. Qu’il veuille trouver ici toute la reconnaissance que je lui témoigne et mon
profond respect pour sa vision et son objectivité.
Mes remerciements à Monsieur Flazi Samir autant par son soutien moral et d’avoir accepté de
participer au jury de cette thèse.
J’adresse mes sincères remerciements à Monsieur A.Hamid, pour m’avoir honoré avec sa présence en
acceptant de présider le jury de soutenance de ce mémoire.
Je remercie également Messieurs A.Hennad et B.Zegnini d’avoir accepter de participer au jury de
cette thèse.
Je remercie aussi tous les enseignants de Génie Electrique de l’Université des Sciences et de la
Technologie d’Oran Mohamed BOUDIAF et de l’Université Amar Thelidji Laghouat.
Sans oublier mes collègues dans le domaine de la recherche et durant les années d’étude, je tiens à les
remercier vivement.
Enfin, Je voudrais associer à mes remerciements toutes les personnes qui ont contribué de prés ou de
loin à l’aboutissement de ce travail.
BENSACI Ahmed

RESUME
Les études faites jusqu'à maintenant n’ont pu expliquer le mécanisme de l’allongement de
la décharge initiale jusqu’au contournement. Néanmoins, on a essayé, par notre contribution à
élucider les causes essentielles pouvant amener à la propagation de la décharge.
Dans le cadre de notre mémoire de Magister, nous avons fait une simulation du système
décharge-électrolyte pour déterminer la distribution du potentiel et la valeur du champ
électrique au voisinage de la décharge ainsi si que dans l’électrolyte.
Les résultats montrent que les valeurs du champ électrique sont compatibles avec le
développement de streamers dans une zone en aval de la décharge et la répartition du potentiel
autour des branches ainsi créées montre que le champ électrique est suffisant pour permettre
le développement de nouveaux streamers dans la direction de l’électrode de masse.
L’étude a mis en évidence la décomposition progressive de la décharge en plusieurs
branches et la possibilité de l’extension de ce type de branchement en direction de l’électrode
de masse.
Mots clés : Contournement, décharge électrique, Electrolyte, simulation, propagation,
streamers.
ABSTRACT
The studies made until now could not explain the mechanism of the lengthening of the
initial discharge until skirting. Nevertheless, one tested, by our contribution to elucidate the
essential causes being able to bring to the propagation of the discharge.
Within the framework of our memory of Magister, we made a simulation of the system
discharge-electrolyte to determine the distribution of the potential and the value of the electric
field in the vicinity of the discharge thus if that in the electrolyte.
The electrical field values computed in a backing region of the discharge are compatible
with the development of streamers. Then the pollution level and the presence of partial arcs
have a considerable effect on the distribution of the potential and the electric field along the
channel.
The results obtained will help to find a physical explanation to the extension of the leader
of the discharge along channel filled with electrolyte that materialized the layer of pollution.
Key words: flashover, streamers, Electrolyte, simulation, propagation
.

Table des Figures
Figure I.1 : Etapes successives du contournement d’une couche polluante……...………………2
Figure I.2 : Dispositif expérimental du modèle d’Obenus………………………………….……2
Figure I.3 : Schéma équivalent au dispositif expérimental de la figure I-2. ……………..………3
Figure I.4 : Caractéristique U(i) du modèle pour une résistivité de la couche de pollution ….… 8
Figure I.5: Courbe représentant les valeurs minimales de la tension appliquée Vmin en fonction
de la longueur de la décharge…………………………………………………………..…………9
Figure I.6 : Schéma équivalent………………………………………………….………………11
Figure I.7 :Modèle de J.Danis……………………………………………………………...……14
Figure I.8 : Modèle de disque circulaire……………………………………………………...…14
Figure I.9 : Représentation schématique de la surface d’un isolateur……………..……………16
Figure I.10 : Modèle de G.Zhicheng et Z. Renyu………………………………….……………17
Figure I.11 : Model « bicontournable. ………………………………………….………………18
Figure I.12 : Le contournement sur un isolateur recouvert par la glace……………….………19
Figure I.13 : Échantillon de figue et de circuits de test ………………………...………………21
Figure 1.14 : Schéma pour le calcul de la résistance résiduelle de glace…………….…………21
Figure I.15 : Principe de modélisation de l'arc propageant sur le glace………………...………22
Figure I.16 : Mécanisme de propagation par ionisation…………………………………...……23
Figure I.17 : Courbure de la décharge dans la direction de l’écoulement du courant mettant en
évidence l’existence d’une force. …………………………………………………………..……24
Figure I.18 : Courbes représentant les évolutions des champs électriques dans la décharge et
dans l’électrolyte en fonction du courant……………………………………...…………………25
Figure II.1 : Organigramme du modèle de Anjana et Lakshminarasimha…………...…………30
Figure II.2 : Organigramme du modèle de Sundararajan et Gorur…………………………...…31
Figure II.3.a : Schéma d’un isolateur pollué……………………………………………………32
Figure II.3.b : Circuit électrique équivalent……………………………………………….……32
Figure II.4 : Résultats expérimentaux de l’évolution de temps en fonction de la tension
appliquée, pour plusieurs valeurs de résistivités et avec L=0.10 m …………………….………37
Figure III.1 : Modèle multi-arcs………………………………………………………...………41
Figure III.2 : Phénomène de réamorçage de la décharge………………………………….……45
Figure III.3 : Analyse du modèle multi arc de Cheng et Nour selon Rahal et Huraux (A=530,
n=0.24) ……………………………………………………………………………..……………49
Figure III.4 : Analyse du modèle multi arc de Cheng et Nour selon Ghosh et Chaterjee
(A=360, n=0.59) …………………………………………………………...……………………50
Figure III.5 : Courbe représentant les valeurs crête de courant Im en fonction de la longueur de
la décharge ……………………………….………………………………...……………………50
Figure III.6 : Courbe représentant les valeurs crête de la tension appliquée Vm en fonction de la
longueur de la décharge …………………………….……………………...……………………51
Figure III.7 : Le Courant de contournement en fonction de la résistivité linéique………..……52
Figure III.8 : Tension de contournement en fonction de la résistivité linéique…………...……52
Figure IV.1 : Comsol : Fenêtre de Navigateur de Modèles……………………..………………60
Figure IV.2 : Comparaison du champ électrique autour de l'électrode haute tension dans l'air et
en présence d'une surface diélectrique. …………………………………………………….……62
Figure IV.3 : Détails du modèle…………………………………………………...……………63
Figure IV.4: Répartition du potentiel entre l’électrode haute tension et la surface de l’électrolyte
avant l’amorçage de la décharge. …………………………………………………..……………67

Figure IV.5: Répartition du champ électrique entre l’électrode haute tension et la surface de
l’électrolyte avant l’amorçage de la décharge. ………………………………….………………67
Figure IV.6: Répartition du potentiel dans le dispositif expérimental après l’amorçage de la
décharge….………………………………………………………………………………………69
Figure IV.7 : Répartition du champ électrique dans le dispositif expérimental après l’amorçage
De la décharge ………………………………………………………………………..…………70
Figure IV.8 : Calcul de la répartition du potentiel avec introduction de la région cathodique dans
le dispositif expérimental …………………………………………………………..……………71
Figure IV.9 : Calcul de la répartition du Champ électrique avec introduction de la région
cathodique dans le dispositif expérimental …………………………………………………...…71
Figure IV.10 : Simulation de la répartition de densité de charges dans la région cathodique.
Calcul du potentiel, Densité de charges ρ=94 mC m3
……………………….………………73
Figure IV.11 : Simulation de la répartition de densité de charges dans la région cathodique.
Calcul du champ, Densité de charges ρ=94 mC m3
……………………………….…………73
Figure IV.12 : Calcul du champ électrique sur la surface du canal d’électrolyte en présence
d’une ramification de la décharge. ………………………………………………………………75
Figure IV.13 : Calcul du champ électrique dans l’air au-dessus de la surface du canal
d’électrolyte en présence d’une ramification de la décharge. …………………………...………75
Figure IV.14 : Calcul du Champ électrique sur la surface du canal d’électrolyte et dans l’air en
présence d’une ramification de la décharge ……………………………….……………….……75
Figure IV.15 : Calcul du Potentiel électrique sur la surface du canal d’électrolyte et dans l’air en
présence d’une ramification de la décharge ……………………………………….……….……76
Figure IV.16 : Calcul du champ électrique dans l’air à 1mm de la surface du canal d’électrolyte
en présence d’une ramification de la décharge…………………………………………….……77
Figure IV.17 : Calcul du champ électrique dans l’air à 1mm de la surface du canal d’électrolyte
en présence d’une ramification de la décharge………………………….………………………78
Figure IV.18 : Calcul du champ électrique dans l’air à 1mm de la surface du canal d’électrolyte
en présence de deux branches de la décharge…………………………………………...………79
Figure IV.19: Calcul de la répartition du potentiel et la distribution des lignes de courant en
présence de deux branches de la décharge………………………………………………………79
Figure IV.20: Evolution du Champ électrique dans l’air à 1mm de la surface du canal
d’électrolyte en présence de deux branches de la décharge……………………………..………80
Figure IV.21: Extension de la décharge en présence des plusieurs branches de la décharge….81
Figure IV.22: Calcul de la répartition du potentiel et la distribution des lignes de courant en
présence des plusieurs branches de la décharge…………………………………………...……82
Figure IV.23: Evolution du Champ électrique dans l’air à 1mm de la surface du canal
d’électrolyte en présence des plusieurs branches de la décharge…………………….…………81
Figure IV.24: Calcul de la distance inefficace (pas d’influence) en présence de la décharge…83
Figure IV.25: Calcul du potentiel sur la surface du canal d’électrolyte entre le pied de la
décharge et l’électrode de masse. ………………………………………….……………………84
Figure IV.26: Calcul du potentiel dans l’air à 1mm de la surface du canal d’électrolyte.……...84
Figure IV.27: Répartition du potentiel sur la surface du canal d’électrolyte……………………85
Figure IV.28: Répartition du potentiel à 1 mm au-dessus du canal. ……………………………86