Influence des caractéristiques du milieu sur la capacité d'extinction du courant de suite dans un parafoudre basse tension

Les travaux de thèse s'inscrivent dans la continuité d'une collaboration entre l'équipe AEPPT du LAPLACE et la société CITEL, spécialiste des parafoudres. Ils visent à améliorer la compréhension, la modélisation et la maîtrise de l'extinction des arcs électriques dans les dispositifs de protection contre les surtensions. Un premier axe porte sur la comparaison des technologies de coupure et l'établissement d'un état de l'art portant notamment sur les chambres de coupure et les configurations à plusieurs éclateurs en série. Cette étude s'appuiera sur l'expertise expérimentale de CITEL ainsi que sur une analyse bibliographique des phénomènes physiques et des approches de modélisation existantes. Le deuxième axe concerne l'amélioration du modèle 3D transitoire d'arc dans l'air développé lors des travaux précédents. Ce modèle a permis de mieux comprendre le volume de l'arc, son accrochage aux électrodes et sa dynamique de déplacement. Plusieurs améliorations sont nécessaires, notamment concernant le rayonnement. Le modèle actuel, fondé sur le coefficient d'émission nette, décrit correctement les pertes radiatives au cœur de l'arc mais ne permet pas de prendre en compte précisément la réabsorption aux bords ni le flux radiatif émis. Des approches de type P1 ou DOM seront étudiées afin d'améliorer cette description, notamment en lien avec l'étalement et le déplacement de l'arc ainsi qu'avec l'ablation des parois. L'influence des vapeurs issues de l'ablation des parois devra également être étudiée. Le modèle devra intégrer l'évolution des fractions des différentes espèces et s'appuyer sur une description adaptée des phénomènes d'ablation. Ces développements nécessiteront la constitution d'une base de données de propriétés thermodynamiques, de transport et radiatives, adaptées aux matériaux des parois et aux différents milieux plasmagènes. Le calcul des compositions à l'équilibre thermodynamique local constituera une étape importante de ce travail. Le modèle ainsi amélioré devra faire l'objet d'une validation expérimentale sur une configuration simplifiée permettant d'étudier l'ablation de parois de différentes natures. Des mesures électriques, spectroscopiques, gravimétriques et d'imagerie permettront de caractériser les phénomènes et de valider les modèles et leurs paramètres. Un troisième axe portera sur l'influence de la géométrie sur le déplacement de l'arc. Les premiers travaux ont notamment montré l'intérêt de volumes situés à l'arrière de la chambre, susceptibles de générer des recirculations et de favoriser la réinjection de gaz derrière la zone d'amorçage. L'objectif sera d'étudier expérimentalement et numériquement l'influence de ces configurations, sans chercher à reproduire directement la géométrie industrielle. Les travaux porteront également sur la description de l'amorçage et de l'interaction de l'arc avec le réseau, notamment pour prendre en compte la limitation du courant. Ces phénomènes devront être intégrés au modèle et validés expérimentalement. La réalisation ou la mise à disposition d'une maquette de parafoudre à forte capacité d'extinction du courant de suite, fondée sur une technologie d'éclateur à gaz, constituera un support essentiel pour cette validation. Enfin, un axe sera consacré à l'influence de la nature et de la composition du gaz, notamment l'azote et des mélanges argon–hydrogène contenant 5 % et 10 % d'hydrogène en volume. Il s'agira de caractériser l'influence de ces atmosphères sur les propriétés thermophysiques et électriques du plasma, les mécanismes de refroidissement et de déionisation, ainsi que les conditions d'extinction et de réamorçage de l'arc. L'objectif final sera d'identifier les gaz et compositions les plus favorables à une interruption rapide, stable et reproductible du courant de suite. École doctorale : GEETS - Génie Electrique Electronique,Télécommunications et Santé : du système au nanosystème Direction : Pierre FRETON Financement : CIFRE ANRT