Les isolateurs constituent des éléments essentiels dans le bon fonctionnement des réseaux d'énergie électrique. Cependant, l'accumulation de glace sur leur surface peut entraîner une diminution de leur tenue diélectrique pouvant conduire à des contournements électriques considérés comme des phénomènes extrêmement complexes et dangereux. Dans ce contexte, il peut s'avérer très utile, afin d'améliorer la fiabilité des réseaux électriques, de pouvoir prédire l'imminence de ces contournements. D'après certains travaux réalisés sur les isolateurs pollués, il a été déterminé que le courant de fuite (CF) est une source évidente d'informations sur le comportement des isolateurs pollués. Celui-ci est de plus facilement mesurable en ligne. Ainsi, durant les périodes d'accumulation de glace, considérées comme des régimes de pollution sévère, une analyse détaillée du CF pourrait permettre d'identifier une signature du contoumement ou de la tenue des isolateurs recouverts de glace. Cette étude est donc consacrée à l'analyse du courant de fuite mesuré sur les isolateurs recouverts de glace en périodes d'accumulation et en périodes de fonte. L'objectif est d'en recueillir des informations pouvant aider à mieux comprendre le comportement des isolateurs sous condition de givrage atmosphérique. Ces informations peuvent, par ailleurs nous renseigner sur la sévérité des précipitations et ainsi nous permettre de déterminer la probabilité de contoumement. Elles seraient par conséquent fort utiles dans l'élaboration d'un système de surveillance en temps réel pouvant prédire l'imminence du contoumement électrique des isolateurs opérant dans des postes stratégiques. Les différents résultats de l'analyse du courant de fuite nous ont permis d'extraire, autant pour la période d'accumulation que pour celle de fonte, un nombre important d'informations à partir notamment de son amplitude et de sa forme d'onde. Ces mformations constituent des Outils indéniables dans l'étude du comportement électrique des isolateurs recouverts de glace. L'analyse temporelle du CF réalisée au cours d'une accumulation de glace a montré que l'évolution temporelle de ce dernier passe par deux périodes distinctes. Le temps de transition ts entre ces deux périodes peut être facilement déterminé à l'aide du rapport de la valeur efficace sur la valeur moyenne du courant de fuite. Les résultats obtenus ont montré que selon le type d'isolateur utilisé, le temps de la transition ts permet d'estimer la quantité de glace accumulée ainsi que le taux d'accumulation moyen si le début de l'accumulation est détecté. De plus, il a été montré que l'influence de la conductivité de l'eau d'accumulation est significative après la formation du pont de glace entre les jupes de l'isolateur. Au cours de cette période, l'influence de la conductivité peut être facilement évaluée en étudiant les fluctuations de l'enveloppe du courant de fuite. Les résultats obtenus montrent aussi que la distance entre les jupes de l'isolateur a une influence directe sur l'évolution temporelle de l'enveloppe du courant de fuite. Il a ainsi été constaté que la relation entre le pas de l'isolateur et le temps de transition est presque linéaire. Au cours de la période de fonte, l'évolution du courant de fuite comporte deux régimes: un «transitoire» et un «permanent». Le premier est caractérisé par une augmentation progressive de la fréquence d'apparition des décharges électriques tandis que le second se caractérise par l'établissement permanent de l'arc électrique blanc et par une augmentation importante de l'amplitude du courant de faite. Le passage du régime transitoire au régime permanent se fait pour une valeur crête du courant de faite située autour de 20 mA. L'étude fréquentielle du CF a montré que le déphasage permet clairement de détecter le début de l'accumulation. Enfin, en se basant sur l'étude de l'évolution de la fréquence d'apparition des décharges électriques au cours de la période de fonte, un outil numérique utilisant les réseaux de neurones a été développé. Celui-ci permet de générer un signal d'alerte indiquant l'approche de l'établissement de l'arc électrique.

Dans les réseaux d'énergie électriques, une décharge apparaît généralement comme une défaillance du système d'isolation. Les isolateurs qui en sont les principaux éléments en sont aussi les plus vulnérables car étant très sensibles aux facteurs environnementaux. Même s'ils sont conçus pour opérer dans les conditions climatiques les plus sévères, dans un contexte de givrage atmosphérique, l'accumulation de glace sur leur surface réduit grandement leur performance. Ils deviennent alors, le siège de décharges partielles et d'arcs de contournement à des niveaux de tension plus bas qu'en absence de glace. Leur relative vulnérabilité en présence de glace sous-tend un besoin croissant d'amélioration des connaissances sur les mécanismes physiques impliqués dans le développement d'une décharge sur une surface de glace. C'est dans ce contexte que la Chaire Industrielle CRSNG/Hydro- Québec/UQAC sur le givrage des équipements des réseaux électriques (CIGELE) a élaboré un vaste programme de recherche basé sur l'étude et l'observation des décharges visibles se propageant sur une surface de glace. Les investigations entreprises dans ce projet se situent dans la continuité des travaux déjà amorcés à la CIGELE. Elles visaient à explorer davantage les caractéristiques des couronnes de streamers en présence de surface de glace et à interpréter les mécanismes physiques fondamentaux impliqués dans leur développement. La compréhension de ces mécanismes est l'ultime phase pour l'élaboration d'outils fiables de prédiction du contournement des isolateurs recouverts de glace. Elle facilitera en outre la conception d'isolateurs mieux adaptés au climat des régions froides, ce qui améliorera la fiabilité des réseaux de transport d'énergie dans des conditions de givrage atmosphérique. Des techniques sophistiquées de détection et de photographie, impliquant notamment un photomultiplicateur et une caméra ultra rapide fonctionnant en mode image par image, ont été appliquées afin d'observer et d'étudier le développement des streamers. La forme des isolateurs réels étant très complexe, un modèle physique de géométrie simple (tige-plan), avec différentes valeurs d'intervalle d'air et de rayon de courbure de l'électrode HT, a été utilisé. Les investigations ont été limitées aux faibles intervalles pour lesquels, il n'y a aucune tendance de formation de leaders. Pour analyser l'influence du niveau de pollution de la glace, différentes valeurs de conductivité d'eau de congélation ont été utilisées. L'effet de la présence d'une couche quasi-liquide sur la surface de glace a été aussi étudié en faisant varier la température. Des paramètres tels la tension et le champ d'apparition des streamers, la durée de la décharge et la vitesse de propagation des streamers ont été analysés. Les courants associés aux streamers ont été mesurés pour étudier l'effet de la présence de charges surfaciques sur le développement de la décharge. Les investigations ont été aussi parallèlement effectuées en absence de glace (cas de l'air) pour comparer les caractéristiques des streamers dans ces conditions avec celles en présence de surface de glace. Les résultats obtenus ont montré que la présence d'une surface de glace dans l'intervalle des électrodes modifiait considérablement les caractéristiques d'amorçage et de propagation des streamers. Il a été noté que l'augmentation de la conductivité de l'eau de congélation ou de la température induisait une réduction du champ d'apparition des streamers et accentuait leur vitesse de propagation. Ces observations ont été attaches à l'existence sur la surface de glace d'une couche quasi-liquide, dont les propriétés physiques et électriques sont très favorables au développement rapide des streamers. Cependant pour une glace faiblement polluée, les caractéristiques des streamers étaient comparables à celles dans l'air. Dans ce cas la décharge pouvait d'ailleurs se propager entièrement ou partiellement dans l'air, loin de la surface de glace. D'autre part, en présence de glace, les enregistrements de la caméra ont montré que la taille des couronnes était plus faible que dans l'air. De plus, contrairement au cas de l'air, la décharge pouvait s'amorcer dans la zone centrale de l'intervalle, loin des électrodes, et se compléter avec l'apparition d'un streamer indépendant dans la région de la cathode. Les charges déposées sur la surface de glace avant le début de la propagation ont justifié l'existence de tels phénomènes. En évaluant leur influence sur la distorsion du champ tangentiel, il a été établi qu'elles contribuaient à l'augmentation de la vitesse des streamers plus largement que la permittivité de la glace. L'analyse des mécanismes physiques intervenant dans le développement des streamers a permis de montrer aussi qu'en présence de surface de glace, les ionisations dues au champ du tangentiel intense en tête du streamer sont plus abondantes que les photo-ionisations dans l'air. Cette analyse a permis largement d'expliquer les niveaux de vitesses mesurées en présence de surface de glace ainsi que les observations sur l'aspect physique des streamers.

La production d'électricité aux îles-de-la-Madeleine augmente à un rythme de 2 % par année selon les prévisions d'Hydro-Québec - Réseaux autonomes1, et devrait atteindre 195 GWh par an d'ici 2011 pour répondre aux besoins de l'archipel. Les Madelinots devront donc faire appel aux énergies renouvelables, tel l'éolien, pour répondre à l'augmentation de la demande, mais aussi pour des raisons environnementales et économiques liées à l'utilisation de la centrale thermique actuelle. Des études montrent que l'archipel, situé au milieu du Golf du Saint-Laurent, est parmi les régions offrant l'un des meilleurs potentiels éoliens au Canada. Dans ce mémoire, le potentiel éolien sur l'archipel est analysé sur la base de données statistiques portant sur la mesure de la vitesse du vent. Ces données proviennent de diverses sources, Environnement Canada (EC), le ministère des Ressources naturelles (MRN) du Québec et de stations anémométriques artisanales. Ces statistiques sont compilées sur des périodes allant de quelques mois jusqu'à dix ans et correspondent à la moyenne horaire de la vitesse du vent. L'énergie produite mensuellement par une centrale éolienne est estimée en utilisant les paramètres de la distribution de fréquence de Weibull. Les paramètres de forme k et d'échelle c sont calculés à l'aide de la distribution statistique de la vitesse du vent mesurée et enregistrée sur une base horaire. Finalement, ces paramètres sont utilisés pour calculer l'énergie produite par une centrale eolienne d'une puissance de 35 kW implantée sur le site d'une usine de transformation des produits de la mer située à l'Étangdu- Nord, aux îles-de-la-Madeleine. L'objectif premier est donc de vérifier la rentabilité de toute centrale eolienne implantée sur l'archipel, d'évaluer les conditions favorables à toute implantation, d'en évaluer les impacts environnementaux sur un milieu fragile, à vocation touristique, et d'en évaluer les retombées commerciales. Le second objectif est d'établir les conditions et les paramètres pour lesquels l'évaluation de l'énergie disponible sur un site quelconque est la plus juste possible et ce, aux moindres coûts, par l'utilisation de ratios mensuels de la vitesse moyenne des vents combinés avec une courte période d'échantillonnage. Le dernier objectif est d'optimiser la gestion des charges liées à l'éolienne compte tenu de la variabilité des vents, même à faible vitesse, principalement dans un mode de production sans stockage d'énergie. Au chapitre premier, après un bref historique du projet et l'énoncé des objectifs, nous présenterons les contraintes liées à l'implantation d'une centrale eolienne sur l'archipel en commençant par un rappel sur la production d'électricité par la centrale thermique de l'Étang-du-Nord et une description du réseau de distribution sur l'archipel. Puis nous présenterons les contraintes techniques, financières et socio-économiques liées à l'implantation d'une centrale eolienne en site isolé. Au second chapitre, il sera question de l'évaluation du potentiel éolien sur le site sélectionné chez Pêcheries Gros-Cap (PGC). Nous présenterons à cet effet les éléments suivants : - Les sources de données qui proviennent d'Environnement Canada, du ministère de Ressources naturelles du Québec et de stations de mesures anémométriques de type artisanal. - La direction des vents dominants sur le site de Pêcheries Gros-Cap. - La loi de Weibull et la loi de puissance qui décrivent la distribution de fréquence des vents à hauteur du moyeu de la turbine. Ces deux fonctions permettront le calcul de la moyenne annuelle de la vitesse du vent sur le site. - Une description du site d'implantation de la turbine. - Le calcul des paramètres de formes k et d'échelle c permettant ainsi l'évaluation de l'énergie disponible et l'estimation de la production énergétique annuelle. Puis il sera question dans ce même chapitre de l'estimation de la production annuelle d'électricité. Nous verrons l'historique de consommation du client et les économies d'énergie anticipées. Nous comparerons nos résultats avec ceux obtenus à l'aide du logiciel d'analyse de projets d'énergies renouvelables RETScreen International. RETScreen offre en plus une évaluation des gaz à effets de serre (GES) évités par l'utilisation de la centrale éolienne. Enfin, nous étudierons les impacts environnementaux conséquents à l'implantation de la centrale éolienne chez Pêcheries Gros-Cap. Au chapitre trois, nous présenterons la centrale éolienne installée au Gros-Cap. Il sera question des machines asynchrones qui équipent la turbine, de leur mode de fonctionnement et des conditions d'opération de celles-ci. Il sera aussi question de la régulation de la tension lorsque l'on opère en mode autonome avec une génératrice asynchrone. Enfin, au quatrième chapitre, nous présenterons les performances obtenues par la centrale éolienne, c'est-à-dire la courbe de puissance, la production énergétique et le rendement global de la centrale éolienne. Le chapitre cinq présente la synthèse de chacun des chapitres. À la lumière des observations et du rendement obtenu lors du fonctionnement de cette centrale éolienne de 35 kW, en mode autonome et sans stockage d'énergie, nous en concluons que pour ce type d'installation et de génératrice, cette centrale éolienne est rapidement devenue hors de prix compte tenu de la puissance générée par celle-ci, c'est-àdire une valeur nominale de 18 kW. Par conséquent, les charges liées sont limitées par la puissance générée, mais aussi par l'exigence d'alimenter la génératrice en puissance réactive puisque nous sommes hors réseau et sans stockage d'énergie. De plus, la tour en aluminium a un effet limitatif sur la production énergétique. Quant à l'évaluation du potentiel éolien, il s'avère que l'utilisation du logiciel d'analyse de projet RETScreen® apporte une solution rapide, simple et complète pour tout projet d'implantation de centrale éolienne de faible puissance. Néanmoins, la variabilité du phénomène climatique confère à l'estimation de la production annuelle un caractère strictement indicatif. L'archipel des îles-de-la-Madeleine reste un lieu éloigné, qui peut devenir difficile d'accès à certaines périodes de l'année, augmentant d'autant les risques liés à la réalisation de tels projets. Les Madelinots eux-mêmes y voient peu d'intérêt puisque pour l'heure ce projet, comme bien d'autres avant lui, a démontré qu'il n'y avait aucune rentabilité à retirer d'une telle installation. Les efforts déployés pour rentabiliser la centrale éolienne via un branchement au réseau local de distribution d'électricité alimenté par la centrale thermique ont été vains et toutes les perspectives d'un développement futur de la filière éolienne aux Îles-de-la-Madeleine sont actuellement fermées.

Dans les régions au climat froid, les accumulations de glace sur les isolateurs diminuent leur performance électrique, résultant parfois en contournements et pannes d'électricité. Ce problème a attiré l'attention de nombreux chercheurs et a amené à la publication de nombreux articles et rapports. On a découvert que l'un des signes les plus courants associés aux isolateurs recouverts de givre est la présence d'intervalles d'air le long de la surface de glace, causés par l'activité des décharges couronne. La décharge couronne à la pointe des glaçons dans l'intervalle d'air est la première étape du processus de contournement. Durant ces activités de décharges de couronne, un grand nombre de charges d'espace, incluant les ions positifs et négatifs, sont générés, ce qui influence la distribution du champ électrique dans les intervalles d'air ainsi que les activités de décharges séquentielles conséquentes. Cependant, dû aux propriétés invisibles et à la complexité des décharges d'espace, son influence sur la distribution du champ électrique et sur le processus de contournement a été généralement ignorée dans les études antérieures. Cette thèse de doctorat vise à étudier les processus fondamentaux et initiaux des décharges électriques dans les intervalles d'air des isolateurs recouverts de givre. Ce travail a été effectué dans le cadre des activités de la Chaire industrielle NSERC/Hydro-Québec/UQAC sur le givrage atmosphériques des équipements des réseaux électriques (CIGELE) et de la Chaire du Canada sur l'ingénierie du givrage des réseaux électriques (INGIVRE) à l'Université du Québec à Chicoutimi, en collaboration avec le Key Laboratory of High Voltage Engineering and Electrical New Technology of the Ministry of Education à l'Université de Chongqing. Dans le but de simplifier l'étude, un modèle physique, un système d'électrode recouvert de glace, a été conçu sur la base de nombreuses investigations antérieures pour simuler la pointe des glaçons et la surface glacée d'isolateurs réels recouverts de glace. À cette fin, des tests systématiques ont été effectués dans une chambre climatique du laboratoires de haute tension de l'Université de Chongqing. Utilisant un système d'acquisition de données consistant en une caméra à ultraviolets CoroCam IV* et un détecteur de pulsations de courant spécialement conçu à cette fin, les caractéristiques des décharges de couronne tel que la tension de seuil de la décharge couronne, le volume d'apparition de couronne, le taux de répétition des impulsions de décharge et de variation du courant ont été analysés en détail selon différents paramètres. Ces paramètres incluent les intervalles d'air, la température ambiante, la conductibilité de l'eau de congélation, la pression atmosphérique et la polarité du voltage ainsi que les types de voltages. Par la suite, les résultats expérimentaux ont été soumis à l'analyse statistique et l'influence de ces paramètres sur les caractéristiques des pulsations de décharge a été déterminée. Dans le but de mettre en lumière le mécanisme physique sous-jacent les décharges couronne et de déterminer l'influence des charges d'espace sur les processus de décharge induits, un modèle physique de charges d'espace dynamique a été proposé pour analyser le phénomène de décharge. Un modèle mathématique a été élaboré pour simuler le processus de dérivation et de diffusion des nuages de charge d'espace. Ce modèle permet de calculer et de valider le temps critique des charges d'espace. Finalement, les influences possibles des charges d'espace sur le contournement des isolateurs recouverts de glace sont discutées. Les résultats de l'étude donnent une meilleure compréhension des décharges de couronne à la poine des glaçons accumulés sur les isolateurs recouverts de glace. Cependant, dû à la limite de temps et à la complexité de ce phénomène, des études plus approfondies seront nécessaires pour compléter le modèle et la théorie. Plusieurs recommandations ont été proposées pour de futures études.

La machine asynchrone est un système multivariable, non linéaire, fortement couplé, à dynamique rapide et à paramètres variant dans le temps. Vu les avantages qu'elle a sur les autres types de machines électriques, parmi lesquels nous pouvons citer : robustesse, entretien moins fréquent et faible coût, la machine asynchrone est de loin la plus utilisée dans les applications requérant la variation de vitesse. Cependant, sa nature non linéaire rend sa commande compliquée. Le but de cette thèse est la mise en oeuvre d'une loi de commande non linéaire prédictive de haute performance pour un moteur asynchrone, avec comme objectifs : améliorer la poursuite de trajectoires, garantir la stabilité, la robustesse aux variations des paramètres et le rejet de perturbation. L'élément de base dans une commande prédictive est le modèle pour prédire le comportement du système. Deux méthodes sont utilisées pour la conception du modèle de prédiction ; l'une est une conception à partir de réseaux de neurones pour une commande prédictive neuronale, et l'autre utilise les outils mathématiques de la géométrie différentielle pour la commande non linéaire prédictive. Dans la commande prédictive neuronale, une modélisation multivariable de la machine par un réseau de neurones de type multicouches est présentée pour la conception d'un prédicteur non linéaire. La commande optimale est obtenue en minimisant un critère quadratique. Un modèle de référence, calculé à partir de l'inversion du modèle de la machine, est inclus dans le critère à optimiser. Ce modèle permet d'améliorer l'optimisation. Pour la commande non linéaire prédictive, deux variantes sont proposées dans ce travail. Une commande multivariable pour le contrôle d'un système carré avec la vitesse rotorique et la norme carré du flux rotorique comme sorties, et une commande en cascade pour le contrôle du couple électromagnétique, de la norme carré du flux et de la vitesse. Le choix de ces sorties est pris pour contrôler la vitesse et simplifier le calcul différentiel lors du développement de ces lois de commande. Le modèle de prédiction est obtenu en utilisant une expansion en série de Taylor. La perturbation (couple de charge) est estimée par un observateur. L'intégration de la commande prédictive dans la structure de l'observateur de perturbation lui permet de se comporter comme un contrôleur PID ou PI de vitesse selon le degré relatif de la sortie vitesse par rapport à la commande. Cette combinaison aboutit à une commande non linéaire PID (ou PI) prédictive. La commande non linéaire prédictive est détaillée, d'abord dans le cas où l'état est supposé entièrement mesurable, puis lorsqu'un observateur doit être utilisé. Le problème de la stabilité globale est alors pris en compte. La méthode de Lyapunov est utilisée pour prouver la stabilité globale du schéma complet de commande (procédé + commande + observateur d'état). Les performances de poursuite de trajectoires, de robustesse aux variations de paramètres et de rejet de perturbation, sont améliorées par ce contrôleur non linéaire prédictif. Nous croyons que ce que nous avons réalisé avec la commande prédictive non linéaire constitue une contribution majeure au domaine des entraînements à vitesse variable par machines asynchrones.

Un des phénomènes important entraînant la dégradation de la qualité de l'énergie est la présence de la pollution harmonique sur les réseaux électriques. Les conséquences les plus connues de ce phénomène sont : la destruction de condensateurs, le déclenchement intempestif de disjoncteurs, les phénomènes de résonance avec les éléments composant le réseau, réchauffement de conducteur de neutre et de transformateur ainsi que l'usure qui est due à réchauffement des équipements qui sont soumis aux harmoniques. En comparaison avec les moyens classiques de mitigation, tels que le surdimensionnement des installations ou le filtrage passif, le filtrage actif est considéré par les spécialistes des réseaux comme étant la solution avant-gardiste pour filtrer les harmoniques. L'objectif du présent projet consiste à mettre en oeuvre un modèle en temps réel d'un filtre actif, ce qui est la principale contribution de ce projet. Afin d'accomplir cette tâche, l'outil de développement numérique RT-LAB est utilisé. RT-LAB est un logiciel industriel qui permet de réaliser des simulations hybrides (avec le matériel intégré dans la boucle) en temps réel. La simulation en temps réel du filtre actif permet de démontrer l'efficacité de ce dernier pour la compensation d'harmoniques en accord avec la norme IEEE Std 519-1996. Dans ce document, nous débuterons par énoncer, en guise de généralité, les définitions de base, ainsi que l'étude des causes à effet de la pollution harmonique. Ensuite, les moyens de mitigation les plus connus seront passés en revue. Les points faibles de ces méthodes nous ont amené inévitablement vers le filtre actif qui est la solution la plus avantageuse. Les principales structures de filtre actif ainsi que leurs caractéristiques y seront alors présentées. Le filtre actif parallèle à structure de tension est celui qui est utilisé pour faire la compensation des harmoniques dans le présent projet. Étant donné que les performances du filtre actif sont grandement influencées par l'algorithme de commande utilisé, une comparaison entre quatre types d'algorithmes de commande est élaborée. Ces algorithmes de commande sont : la méthode des puissances instantanées, le référentiel synchrone, le filtre notch et le filtre de Kalman. Cette comparaison est effectuée à l'aide du logiciel MATLAB/Simulink/SimPowerSystems. L'algorithme basé sur le référentiel synchrone a été finalement intégré dans la commande du filtre actif pour la simulation en temps réel dans RT-LAB.

Le domaine de l'énergie éolienne est en plein développement au Québec et ailleurs dans le monde, c'est un secteur qui connaît une croissance très rapide ces dernières années. Avec la sensibilisation de la population à la protection de l'environnement, l'essor de l'énergie éolienne et les investissements majeurs dans le secteur, le Québec fait face à un besoin important de main d'?uvre spécialisée dans ce domaine. L'Université du Québec à Rimouski est à l'avant-garde du secteur éolien et son laboratoire de recherche en énergie éolienne représente le plus important regroupement de chercheurs multidisciplinaires dans le domaine éolien au Canada. Un nombre grandissant d'appareils se connectent sur le réseau Internet et, parmi ceux-là nous trouvons les téléphones cellulaires, les systèmes d'alarme, les machines distributrices, les systèmes automatisés de production, les compteurs d'électricité, etc. Les technologies actuelles permettent de connecter ces appareils à Internet via une ligne téléphonique, la téléphonie cellulaire ou un réseau Ethernet, que ce soit avec un fournisseur d'accès à Internet ou par connexion directe. Cette technologie, comprend aussi la pile classique des protocoles TCP/IP. Ces protocoles permettent, entre autres, l'envoi (SMTP) et vu la réception (POP3) de courriels, le transfert de fichiers (FTP), l'accès à des pages Web(HTTP). La connexion d'une éolienne à Internet offre la possibilité d'avoir accès en temps réel ou différé aux données et au contrôle de celle-ci et de n'importe où. L'accessibilité et la connectivité apportent plusieurs avantages tels que la supervision à distance de l'état de l?éolienne, la modification à distance des paramètres, la visualisation de l'historique des données de production, de la supervision en temps réel, l'échange de données par courriel, l'analyse statistique des données et le support aux travaux de recherche en modélisation. Bien que les éoliennes soient contrôlées par des automates programmables ou par micro-ordinateur, leur éloignement géographique et les conditions environnementales les rendent souvent difficiles à superviser et à surveiller. Une solution consiste à surveiller à distance l'éolienne via le réseau Internet afin d'effectuer les tâches de supervision, de contrôle et d'acquisition de données. Lors d'un bris d'équipement le personnel d'entretien peut être averti directement par la console de supervision, par téléavertisseur ou par courriel. L'acquisition des données météorologiques et de production permet de mieux planifier les entretiens, de valider la courbe de puissance, d'optimiser le rendement et de fournir des données pour des travaux de recherche. Dans ce type d'application, l'analyse des besoins doit tenir compte des aspects spécifiques: localisation et accès au site, accès au réseau Internet, types de données à acquérir et le traitement statistique, supervision en temps réel ou en différé, contrôle sécuritaire à distance, mise à jour des paramètres du contrôleur de l'éolienne. Ainsi, plusieurs solutions peuvent être envisagées selon le site de l'éolienne et les besoins particuliers. Pour une application simple, les équipements nécessaires à la mise en oeuvre d'un tel système sont : un micro-ordinateur avec modem téléphonique, un module de communication et un accès à Internet par ligne téléphonique. Pour une application plus élaborée, nous aurons besoin, par exemple, d'un serveur HTTP /JSP, d'un serveur de données SQL, d'un module Ethernet et un accès Internet haute vitesse. Le serveur http /JSP gère la base de données et l'interactivité avec les utilisateurs par Internet. L'utilisation du langage de programmation Java facilite le développement d'applications réseau, côté client, avec ses applets et, côté serveur, avec ses servlets. Le but de cette recherche est de développer un système de supervision d'une éolienne de moyenne puissance par le réseau Internet. La complexité croissante des parcs éoliens et de leurs turbines justifie le développement d'outils complets pour l'analyse de leurs performances. Par exemple, la connaissance des variables météorologiques de vitesse et de direction du vent et de la puissance électrique permet, entre autres, de valider la courbe de puissance de l'éolienne. Dans un premier temps, les données météorologiques, les données électriques et une caméra ont permis l'observation en direct de l'éolienne à l'aide d'un navigateur Internet. Ensuite, l'ajout d'un module permettant l'acquisition des données fournit au Groupe Éolien de l?UQAR un outil puissant afin de poursuivre des travaux de recherche sur l'énergie éolienne. La plupart des travaux de recherche récents dans le domaine de la supervision et de l'acquisition de données par Internet utilisent une architecture client / serveur. Un microordinateur, situé sur le site, s'occupe de récupérer les données provenant d'une carte d'acquisition. Ce micro-ordinateur fournit les données à un serveur HTTP connecté au réseau Ethernet. Le serveur HTTP se charge ensuite de rendre les données disponibles aux clients. Depuis peu, la technologie du web embarqué est disponible. Ainsi, nous pouvons remplacer le micro-ordinateur installé sur le site, par un système avec microcontrôleur offrant la technologie web embarquée. Le système développé permet de superviser, à l'aide d'un lien Internet haute vitesse, une éolienne de moyenne puissance. L'utilisateur a accès aux informations sur l'énergie produite au cours des derniers 24 heures, la puissance électrique produite, la vitesse et la direction du vent et de la température. Une caméra web permet aussi de visualiser en tout temps l?éolienne. On peut aussi accéder aux statistiques de l?éolienne, car la plupart des paramètres mesurés sont emmagasinées dans une base de données. Les statistiques disponibles sont la moyenne, l'écart type, la valeur maximale et la valeur minimale sur une période de 10 minutes et ce, pour tous les paramètres mesurés. Les fenêtres de visualisation s'exécutent dans le micro-ordinateur de l'utilisateur grâce à des "applets" développés en langage Java. Du côté du serveur, des "servlet" permettent d'interroger la base de données en utilisant des requêtes SQL et ainsi fournir les informations demandées par l'utilisateur. Le système a été expérimenté, sur une éolienne de petite puissance (35 kW) en opération, 2 solutions ont été expérimentées. D'abord une solution permettant de visualiser en direct sur Internet une image de l'éolienne en production, de la tension produite, du courant fournit, de la température, de la vitesse du vent et de la direction du vent sur le site. Avec cette solution, les clients se raccordent directement à la carte de communication de l'éolienne, ce qui peut causer un problème important. Le serveur HTTP de la carte de communication ne peut que deux communications simultanées. Ceci limite le nombre de clients. Néanmoins, une communication par le protocole HTTP n'est pas constamment active car un client fait une requête au serveur, il envoie sa réponse et ferme la communication. Ainsi, nous avons programmé dans l'applet une demande de données à toutes les cinq secondes ce qui permet au serveur de répondre à plusieurs clients dans cet intervalle. L'avantage de cette solution est le développement facile de l'application. Les désavantages sont qu'on ne peut pas fournir en temps réel les données aux clients, il n'y a aucune sauvegarde de l'historique des données, il n'y a aucun calcul statistique de la moyenne et de l'écart type et, enfin, plusieurs clients peuvent avoir accès directement au serveur HTTP de la carte de communication ce qui pourrait occasionner des problèmes. Dans la deuxième solution expérimentée, nous avons ajouté un serveur qui permet de récolter les données de l'éolienne, d'archiver les données dans une base de données ou dans un fichier texte et d'interroger la base de données afin de répondre aux requêtes des clients. Cette solution comporte le développement d'un programme beaucoup plus élaboré puisqu'on doit gérer les échanges avec une base de données en utilisant un applet et un servlet. Sur le site de l'éolienne, un réseau Ethernet à haute vitesse a été installé afin de permettre le raccordement à l'Internet du système de supervision et de la caméra. Un système d'acquisition collecte les données météorologiques telles que la vitesse et la direction du vent, la température, ainsi que les paramètres électriques - la tension, le courant et la fréquence de la tension produite par la génératrice. Le module d'acquisition de données communique par un port série avec un module de communication qui supporte un serveur HTTP. Les paramètres mesurés sont transmis à intervalle régulier via le port série au module de communication. Le serveur HTTP récupère ces données. Ces données peuvent ensuite être récupérées sur le réseau Internet. Un micro-ordinateur raccordé au réseau Internet est chargé de récupérer les données du serveur HTTP du site de l'éolienne et de les emmagasiner dans une base de données. Un logiciel de serveur JSP/servlet est installé dans ce micro-ordinateur afin de répondre aux requêtes des utilisateurs. Lorsqu'un utilisateur communique avec le serveur JSP, il télécharge un applet qui va supporter l'interface utilisateur. Cette interface permet aux utilisateurs de visualiser les données actuelles reçues du site de l'éolienne. L'interface permet aussi de placer des requêtes à la base de données pour visualiser des données historiques, des statistiques et des courbes de tendances. Après l'analyse des avantages et des inconvénients des solutions, la deuxième solution semble répondre plus exactement à la problématique de notre application. Cette solution permet de gérer plusieurs connections avec des clients car le serveur externe http /servlet est un micro-ordinateur et non un serveur web embarqué. De plus, ce serveur peut être installé à n'importe quel endroit avec une connexion Internet haute vitesse. Seul ce serveur communique avec la station d'acquisition des données de l'éolienne. La réalisation d'un système de supervision d'une éolienne par Internet nécessite des connaissances multidisciplinaires (électricité, électronique analogique et numérique et informatique). Nous avons aussi besoin de différents équipements et logiciels: 1. instrumentation pour mesurer les différents paramètres de fonctionnement et les données météorologiques, 2. des circuits électroniques pour conditionner les signaux reçus de l'instrumentation et les rendre utilisables par une carte d'acquisition de données (circuits de conversion analogique à numérique), 3. un micro-ordinateur pour récupérer et emmagasiner les données et les transmettre à un serveur web, 4. un serveur web qui va fournir par Internet les données aux clients sous forme de pages graphiques, de graphiques de tendances historiques et de statistiques. Le choix du matériel pour la communication est directement lié au système de contrôle de l?éolienne. Généralement, on utilise un automate programmable pour contrôler une éolienne et elles possèdent pour la plupart un module de communication TCP/IP ce qui facilite l'intégration. La particularité du système développé est qu'il est conçu autour d'un microcontrôleur ayant les capacités d'échanger de l'information par port série ou par Ethernet. Donc, il peut s'adapter à n'importe lequel système de contrôle déjà en place afin de rendre les informations disponibles sur Internet. Les résultats obtenus sont très acceptables pour la supervision et l'acquisition de données à distance par Internet. L'acquisition des données peut s'effectuer pour toutes les variables à un intervalle aussi petit qu'une seconde ce qui permet de bien modéliser les phénomènes climatiques et le fonctionnement de la turbine éolienne.

Le Québec dispose de régions à potentiel éolien élevé mais est malheureusement situé en milieu nordique où tes problèmes liés au givrage des pales d'éoliennes sont fréquents. D'un site éolien à l'autre, les conditions météorologiques changent et les éoliennes sont différentes. De simples mesures expérimentales sur des sites particuliers ne sont donc pas suffisantes pour cerner totalement le problème du givrage des éoliennes. Une approche analytique par simulations numériques est indispensable. Un modèle numérique de calcul de l'écoulement d'air autour d'une pale d'éolienne a donc été développé. Ce modèle correspond au premier des 4 modules (Écoulement, Trajectoire, Thermodynamique et Géométrie) du logiciel de simulation d'accrétion de glace sur profil aérodynamique adapté à éolien et en cours de développement au Laboratoire International des Matériaux Antigivre (LIMA) de l'Université du Québec à Chicoutimi. Le modèle numérique d'écoulement s'exécute sur un profil de pale 2D givré ou non givré et se divise en deux parties distinctes : calcul de l'écoulement potentiel par la méthode des panneaux de Hess et Smith et calcul de la couche limite visqueuse par les méthodes intégrales de Thwaites et de Head. Des mesures expérimentales ont ensuite été réalisées dans la soufflerie réfrigérée du LIMA. Des coefficients de partance et de traînée ont été mesurés sur un profil NACA 63415, profil caractéristique des pales d'éoliennes de grande puissance, à l'aide d'une balance aérodynamique. Des champs de vitesses ont aussi été mesurés sur ce profil à l'aide d'anémomètres à fil chaud. Des résultats de vitesses tangentielles et d'épaisseurs de couche limite ont été obtenus après analyse des résultats de champs de vitesses à la surface du profil. Les résultats du modèle numérique, les résultats expérimentaux et les résultats issus de la littérature (RISO et logiciel XFoil) ont ensuite été confrontés pour valider le modèle numérique d'écoulement. Dans le cas de profits non givrés et pour des nombres de Reynolds suffisamment élevés (Re s 4.0*106), le modèle numérique d'écoulement est validé pour des positions situées avant la zone de décrochage, et pour des angles d'attaque allant de 0°à 15°. Dans le cas de profils givrés, les résultats de vitesses tangentielles et de paramètres de couche limite sont très peu précis mais les résultats de champs de vitesses et de lignes de courant, qui ne sont pas des paramètres directement liés à l'état de surface du profil, restent cohérents pour les positions en avant de la corne formée par la glace. Des simulations de givrage en soufflerie ont également été réalisées sur le profil NACA 63415. Les formes et les masses des dépôts de glace accumulés sur le profil ainsi que les pertes de portance et les augmentations de traînée ont été déterminées. Les conditions de simulation utilisées sont basées sur des données météorologiques relevées dans le parc éolien de Murdochville en Gaspésie lors d'événements de brouillard givrant. Une mise à l'échelle a été effectuée selon les données techniques des éoliennes Vestas V80 de 1.8 MW pour 3 positions radiales différentes et les données de deux événements de brouillard givrant (l'un en régime humide d'accrétion et l'autre en régime sec). Plus le profil choisi est éloigné de l'axe, plus la glace s'accumule facilement sur la pale. En régime humide, le verglas se dépose sur le bord d'attaque, sur l'intrados et s'accumule par ruissellement sur le bord de fuite entre le milieu et le bout de pale. En régime sec, le givre se dépose sur le bord d'attaque et sur une partie de l'intrados entre le milieu et le bout de la pale. Les dépôts de glace rugueux et en forme de « corne » obtenus en régime sec sont plus pénalisants du point de vue aérodynamique que les dépôts en régime humide. Les résultats de portance et de traînée obtenus sur le profil givré et non givré ont été entrés dans un modèle de rotor idéalisé. Ce modèle fait ressortir que, sur l'ensemble de la pale, la force de traînée induite par le givre est trop importante comparativement à la force de portance, le couple de poussée généré devient négatif, entraînant l'arrêt de l'éolienne. La diminution du couple de poussée se fait surtout ressentir sur la moitié extérieure de la pale. Dégivrer uniquement la moitié extérieure de la pale permet à l'éolienne de fonctionner dans de bonnes conditions tout en réduisant les coûts en énergie de dégivrage.

L'asthme est une maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires. Il se manifeste par des crises de dyspnée sifflantes durant lesquels les sons émis sont appelés sibilants. Ces crises sont souvent nocturnes et réversibles, spontanément ou sous l'effet du traitement. Les sibilants caractérisant l'asthme se superposent aux sons respiratoires normaux et apparaissent le plus souvent à l'expiration. Notre projet de recherche consiste à réaliser un détecteur automatique des sibilants. Cette problématique sera traitée comme un processus de reconnaissance de formes. Le processus de reconnaissance de formes se compose de deux modules indissociables : 1) l'extraction des caractéristiques des signaux, et 2) la modélisation permettant la discrimination des classes. Des étapes de prétraitement ou de post traitement des données peuvent s'ajouter pour perfectionner le système. Les performances du système de reconnaissance dépendent des combinaisons des types de modules adoptés dans ce système. Pour ce projet, nous avons testé plusieurs combinaisons de techniques d'extraction des caractéristiques et de modélisation. Nous avons aussi analysé l'effet du prétraitement et du post traitement des données. Les résultats ont été comparés à l'aide de Faire sous la courbe (AUC - Area Under Curve) de tracés de type (ROC - Receiver Operating Characteristic). Le meilleur résultat a été obtenu en utilisant, comme caractéristiques, 16 coefficients de type (MFCC - Mel Frequency Cepstrum Coefficients) extraits d'un signal échantillonné à 6000 Hz sur des segments du signal sonore de 1024 échantillons. Ces paramètres ont été modélisés par la technique (GMM - Gaussian Mixture Model) h 8 regroupements en utilisant des matrices de covariance de type diagonale. Aucun prétraitement, effectué sur les paramètres, ne s'est avéré efficace. Par contre, une technique de post traitement, effectuée sur les mesures obtenues lors de l'étape de classification, s'est avérée bénéfique.

En ingénierie de la haute tension, le calcul du champ électrique soumis aux matériaux diélectriques est une procédure fondamentale pour la conception, la maintenance et les besoins de recherche. Dans ce contexte, les chercheurs choisissent généralement une configuration d'électrodes pour simuler le scénario le plus défavorable du point de vue champ. Le système le plus souvent utilisé est la configuration tige - plan, qui produit au bout de l'électrode HT un champ non uniforme très intense. Pour les isolateurs d'extérieur, l'air est le milieu diélectrique. Par conséquent, plusieurs travaux ont été effectués pour comprendre le processus complexe du contournement dans l'air. Les investigations ont étudié ce phénomène complexe pour expliquer le comportement d'une électrode tige de diamètre donné et des distances d'intervalle d'air avec des tensions continues et/ou impulsionnelles. Le processus du claquage d'un diélectrique peut être divisé en succession de différents phénomènes physiques hautement non linéaires et dépendant des dimensions de la configuration étudiée. À peine quelques recherches ont été effectuées sur les faibles intervalles d'air soumis à une tension alternative, qui représente pourtant le régime permanent d'opération des équipements HT. Les rares investigations qui ont été menées n'ont pas été concluantes sur le calcul du champ électrique maximal analytique et l'effet des variations des paramètres atmosphériques sur les tensions seuil d'apparition des couronnes de streamers. En utilisant l'approximation hyperboloïde pour résoudre l'équation de Laplace, Coello a obtenue une équation devenue bien connue et qui est généralement utilisée dans les configurations tige ?plan pour calculer le champ maximal. Il existe nombre de travaux qui ont basé leurs calculs sur cette équation en utilisant des tensions de type continu ou impulsivement. Une récente investigation a été menée sur la précision de cette formule pour la détermination de la tension seuil d'apparition des couronnes en AC, dans de faibles intervalles d'air, avec deux électrodes tiges. Elle a prouvé qu'il y avait une différence entre les résultats calculés et ceux obtenus expérimentalement. Alors, des tests de laboratoire étendus et des simulations numériques ont été menés pour un système d'électrodes tige - plan avec de faibles distances d'intervalle d'air pour calculer et analyser le champ électrique maximal au bout de l'électrode hémisphérique HT. Ces investigations ont conduit à l'élaboration d'une équation empirique précise pour ce type de géométrie spécifique. Aussi, des facteurs de non uniformité appropriés ont été déterminés à partir des faisceaux de données. Ils fournissent des résultats raisonnablement précis pour des besoins pratiques en ingénierie. Des investigations sur l'effet de la pression atmosphérique et de la variation de la température sur la tension seuil d'apparition des couronnes de streamers ont été aussi menées en laboratoire dans les gammes de pression allant de 101.8 kPa à 22.8 kPa et de température allant de - 20°C à 20°C. Des facteurs de correction appropriés, pour la variation des paramètres atmosphériques mentionnés ci-dessus, ont été déterminés à partir des résultats de laboratoire et comparés avec les données expérimentales.