Dans les usines produisant de l'aluminium, la cathode servant à l'électrolyse est constituée en grande partie d'anthracite. Ce matériau fait partie de la famille des charbons, car il est constitué de 96 % à 98 % d'atomes de carbone. Ce qu'il reste de la concentration sont des impuretés. Ces dernières causent le désordre de la structure cristalline du matériau, causant une résistivité électrique élevée. Le problème c'est que les cathodes d'anthracite doivent être conductrices. Le matériau carboné doit alors être calciné. La calcination permet aux matières volatiles, que sont les impuretés, de se dégager et à l'anthracite d'organiser sa structure cristalline. Ce procédé est appelé graphitisation, et il permet de faire chuter considérablement la résistivité électrique de l'anthracite. L'objectif de ce projet consistait à déterminer les propriétés électriques de l'anthracite sous calcination. Pour ce faire, un montage expérimental a été utilisé et deux analyses complémentaires ont été réalisées. Le montage expérimental consistait en un four de calcination Pyradia. C'est avec lui que les données sur la résistivité électrique de l'anthracite en cours de calcination ont été recueillies. Le four Pyradia a aussi permis d'étudier les paramètres pouvant influencer la résistivité électrique du matériau. Ces paramètres sont : la température maximale atteinte, les paliers de température, les taux de calcination en °C/min, la pression et la granulométrie. La première analyse complémentaire était l'analyse granulométrique, qui permettait d'étudier les dimensions des particules d'anthracite. La deuxième analyse complémentaire était l'analyse par diffractométrie où la qualité de la graphitisation obtenue à l'UQAC a été vérifiée. Dans ce travail, différentes courbes d'hystérésis de la résistivité électrique de l'anthracite en fonction de la température ont été présentées. Ces courbes ont permis de faire une analyse des paramètres influençant la résistivité électrique. La température maximale atteinte s'est avérée le paramètre dominant dans la chute de la résistivité électrique, par rapport à la pression et la granulométrie. De plus, les résultats ont démontré que la résistivité électrique chutait lors d'un palier de température. Ensuite, le compactage du matériau a été traité : le dégagement des matières volatiles varie linéairement avec le taux de chauffe. Finalement, une étude sur la qualité de la graphitisation obtenue lors des essais a été réalisée. Elle a démontré que la qualité de la graphitisation n'était pas très bonne, comparativement à celle de l'usine Alcan, et ce malgré la chute considérable de la résistivité électrique lors des tests effectués.

Ce mémoire de maîtrise traite de l'application de la technique de compensation série. La recherche vise le développement d'une méthode d'optimisation pour calculer le taux optimal de compensation série afin d'améliorer la performance du réseau de distribution radial. La méthode définie comme fonction objective la variation de tension sur la ligne de distribution qui devra être minimisée ainsi que des contraintes de stabilité à respecter. Ces contraintes sont basées sur le concept de stabilité en régime transitoire et permanent, elles sont : le transfert maximal de la puissance, les pertes de puissance réactive, l'oscillation de la vitesse des moteurs, le phénomène de papillotement ou clignotement, l'inversion du courant de court circuit et la résonance sous-synchrone (SSR). Toutes ces contraintes sont formulées sous forme d'équations et inéquations algébriques. La mise en ouvre numérique et les simulations sont obtenues à l'aide du logiciel Matlab/Symspowersym Les performances de la topologie du réseau de distribution à étudier sont évaluées par de nombreuses simulations.

Cette recherche a été effectuée dans le cadre du développement du langage psC, de la compagnie saguenéenne Novakod Technologies, un projet majoritairement subventionné par l'Agence spatiale canadienne, et auquel ont collaboré des chercheurs de l'Université du Québec à Chicoutimi. Le langage psC est un nouveau langage, supporté par un compilateur et un environnement intégré de développement, visant à faciliter la programmation de systèmes en temps réel, parallèles et reconfigurables. L'objectif de cette recherche était d'étudier, de réaliser et de comparer divers compromis espace-temps fondamentaux, dans le but de permettre au langage psC d'accélérer des calculs numériques habituellement réalisés par logiciel, au moyen de circuits reconfigurables, et à développer une bibliothèque d'opérateurs arithmétiques matériels, de fonctions logiques et de fonctions mathématiques répondant, dans la mesure du possible, aux besoins de psC dans le cadre de ce projet. Notre étude dresse, pour la première fois, un panorama général des mises en ?uvres d'opérateurs arithmétiques sur FPGA et apporte plusieurs constats importants. Une bibliothèque de composants arithmétiques et de fonctions élémentaires a été développée, testée, évaluée et livrée. Le développement de cette bibliothèque a donné lieu à une participation importante au déboguage et à l'amélioration des outils psC, qui étaient eux-mêmes en cours de développement. Les résultats de notre recherche nous ont permis de découvrir une architecture simple et économique pour la mise en ?uvre sérielle des opérations arithmétiques avec des opérandes et des résultats circulant bit de poids fort en tête. Cette architecture présente un intérêt pour la réalisation d'opérateurs arithmétiques à virgule flottante économiques. Nous présentons une stratégie d'analyse pour l'estimation de la puissance de calcul d'un réseau d'opérateurs massivement parallèle. Les résultats de cette étude seront repris, dans le cadre d'un doctorat, en vue de réaliser un contôleur sur puce haute-performance pour la commande de moteurs AC à induction.

Ce travail présente une contribution au développement d'un capteur optique de fort champ électrique à basse fréquence (50-60 Hz). Le principe de mesure du capteur se fait à partir de l'effet électro-optique sur un cristal de niobate de lithium sans électrodes de contact. Le principe devient effectif par l'usage du montage statique à polarisation circulaire permettant de se retrouver directement dans la zone linéaire de transmittance optique du système. Après un rappel sur les concepts de base de l'optique des milieux anisotropes et de l'effet électro-optique linéaire (communément appelé effet Pockels), une étude a été faite sur le choix de la meilleure configuration électro-optique offerte par le niobate de lithium. Par la suite, une modélisation par la méthode des éléments finis nous a permis de choisir parmi différentes sections possibles de cristal, celle qui correspondait le mieux à une distribution de champ interne uniforme. Des études expérimentales ont été réalisées conjointement à la modélisation pour caractériser le comportement du cristal vis à vis de l'effet électro-optique avec ou sans bague de protection. Après une brève introduction sur les capteurs à fibre optique, une explication exhaustive est donnée sur le design des pièces internes et le processus de fabrication du capteur. Ensuite, les essais du premier prototype du capteur optique de champ électrique sur les installations à haute tension sont présentés et discutés. Pour terminer, une discussion est présentée sur les améliorations à apporter sur le capteur et des solutions sont proposées.

Le présent travail a pour objectif d'améliorer la connaissance des processus fondamentaux de décharges électriques à la surface de la glace. La compréhension de ces phénomènes peut aider à développer des outils numériques pour la prédiction des contournements des isolateurs recouverts de glace et à améliorer la conception des isolateurs à haute tension pour des applications dans des réseaux de transport d'énergie électrique dans les régions froides. Malgré un grand nombre d'études relatives à la performance électrique des isolateurs industriels sous des conditions givrantes, peu de travaux ont traité des processus fondamentaux. Dans ce contexte, ce projet de recherche a été initié par la Chaire CRSNG/Hydro-Québec/UQAC sur le givrage atmosphérique des équipements des réseaux électriques (CIGELE), dont les activités visent à accroître les connaissances de ces phénomènes. Dans cette étude expérimentale, des technologies sophistiquées de photographie à ultra haute vitesse sont appliquées dans le but d'observer et d'analyser pendant les premières nanosecondes les processus extrêmement rapides de l'apparition et du développement de décharge visible à la surface de la glace. Un modèle physique, qui consiste en deux électrodes métalliques à moitié submergées dans la glace, est utilisé pour les expériences. Des tensions d'essai en forme de choc de foudre sont appliquées. Les effets de plusieurs paramètres sont étudiés: conductivité de l'eau, température de la glace, uniformité de la surface de glace, taux de refroidissement, type d'accumulation de glace, polarité de la tension, forme d'onde, champ électrique pendant la période de refroidissement, distance entre les électrodes, rayon de courbure des électrodes, orientation de l'axe des électrodes. Les résultats montrent que la technologie des appareils photo à balayage de fente est adéquate pour l'étude des premières décharges visibles à la surface de la glace. Les expériences révèlent qu'il existe différents régimes pour les premières étapes des processus de décharge à la surface de la glace en fonction de la température de la glace et de la distance entre les électrodes. Des valeurs numériques sont relevées pour les conditions critiques de l'amorçage des décharges, pour la durée entre l'apparition des premières décharges et le contournement, ainsi que pour la vitesse de développement des décharges à la surface de la glace. Malgré le fait que les conditions expérimentales (modèle physique simplifié, tension en forme de choc de foudre) ne reproduisent pas parfaitement la situation d'une ligne de transport d'énergie électrique à haute tension (isolateur avec des formes complexes, tension sinusoïdale), des similitudes peuvent être identifiées entre les observations de terrain pendant des coupures de courant et des expériences en laboratoire.

L'effet de couronne est un phénomène observé lorsqu'une électrode est amenée à une tension suffisamment élevée pour que le champ électrique excède le seuil pour lequel des décharges prédisruptives apparaissent. La valeur de la tension nécessaire à l'apparition de l'effet de couronne dépend principalement de la géométrie des électrodes. Sous les conducteurs des lignes de transport d'énergie électrique, la présence de gouttes d'eau suspendues modifie de façon importante le champ électrique, ce qui provoque ou amplifie l'effet de couronne. Cela a pour effet de créer des charges sous le conducteur appelées charges d'espace. Ces charges peuvent induire des forces suffisamment importantes pour causer la vibration des conducteurs à la fréquence naturelle d'oscillation de la portée. Ce phénomène est connu sous le nom de vibrations induites par effet de couronne. Afin de fournir de nouvelles données sur ce phénomène, principalement sur la force induite par chacune des gouttes d'eau suspendues, une simulation numérique a été réalisée. Comme plusieurs des paramètres nécessaires à la réalisation de la simulation étaient peu connus, nous avons aussi effectué une étude expérimentale. Cette étude a permis d'obtenir des relations empiriques applicables à la simulation numérique, notamment sur l'amplitude de vibration et sur la géométrie de la goutte suspendue. Par la suite, à l'aide de relations électrostatiques simples, la simulation numérique permet d'obtenir la force induite en fonction du temps pour différentes valeurs de champ électrique à la surface du conducteur. Les résultats de l'étude expérimentale et de la simulation numérique permettent d'étendre les connaissances du phénomène de vibration par effet de couronne et pourront servir à élaborer des modèles numériques plus complets.

Dans les pays froids, les lignes aériennes de transport d'énergie sont souvent exposées au givrage atmosphérique et pendant de longue période, elles sont recouvertes de glace. L'accumulation de la glace sur les isolateurs modifie leurs propriétés électriques, ce qui peut entraîner parfois une coupure d'électricité causée par l'apparition d'un arc de contournement. Les dommages ainsi créés ont un impact important sur l'économie, facteur qui a motivé l'investigation des chercheurs de plusieurs pays sur le problème de contournement. L'utilisation de plus en plus fréquente des isolateurs synthétiques dans les réseaux de haute tension rend nécessaire l'étude de leurs performances dans les conditions de givrage. Cette étude consiste surtout à déterminer la tension de tenue maximale de ces isolateurs en fonction de différents facteurs ayant trait au phénomène du givrage. Les études menées dans le laboratoire des hautes tensions du Groupe de recherche en ingénierie de l'environnement atmosphérique (GRIEA) de l'Université du Québec à Chicoutimi sont orientées vers l'établissement d'une méthode standardisée de mesure de la tension de tenue maximale des isolateurs électriques en présence de la glace et de la contamination. L'objectif général est d'améliorer la conception des isolateurs utilisés dans les réseaux électriques en régions froides. Le présent mémoire, entrepris dans le cadre des travaux du GRIEA, a pour but d'étudier, en régime d'accumulation et en régime de fonte, la tension de tenue maximale des isolateurs composites en EPDM et des isolateurs standards IEEE recouverts de glace artificielle formée en régime humide. L'accumulation de la glace sur les isolateurs a été effectuée dans une chambre froide à partir des gouttelettes d'eau surfondues. L'épaisseur de la glace accumulée sur les isolateurs a été mesurée sur un cylindre témoin. En régime d'accumulation, on a examiné l'influence de l'épaisseur du dépôt de glace sur la tension de tenue maximale des isolateurs composites en EPDM, mesurée selon une méthode basée sur celle décrite par la norme CEI 507. Quant aux isolateurs standards IEEE, une seule épaisseur de glace (2 cm) a été considérée pour mesurer la tension de tenue à 50 %, également décrite par la norme CEI 507. Un des buts de la présente recherche était alors de vérifier l'applicabilité de la méthode de la tension de tenue maximale (qui a été développée originellement pour les essais sous contamination) aux essais sous glace, en sachant qu'il est fort possible que le coefficient de variation statistique soit bien différent. Ce but se réalisera en comparant les résultats obtenus par les deux méthodes (tenue maximale et tenue à 50 %) pour la même épaisseur de glace. En régime de fonte, la tension de tenue maximale des isolateurs composites en EPDM et standards IEEE recouverts de glace a été mesurée pour une seule épaisseur de glace, soit 1,5 cm. L'objectif était d'établir une comparaison de la sévérité de l'accumulation de glace formée dans les deux régimes d'accumulation et de fonte.

Ce travail fait une analyse approfondie des neurones dans le noyau cochléaire et des capacités de certains neurones à démoduler en amplitude à partir de l'information sonore. Plusieurs travaux de biologistes et de neurophysiologistes sont étudiés pour faire ressortir les qualités spécifiques de ces recherches en ce qui a trait aux modèles de neurones et réseaux de neurones aptes à démoduler un signal de type modulation d'amplitude. Le noyau cochléaire est le premier centre d'intégration de l'information sonore véhiculée par les fibres du nerf auditif. Le complexe du noyau cochléaire comporte trois divisions principales: antéroventrale (NCAV), postéroventrale (NCPV) et dorsale (NCD). Plusieurs types de réponses cellulaires y sont observés, et sont dûs à des mécanismes différents. Nous proposons un patron pour la partie antéroventrale du noyau cochléaire. Ce patron consiste en trois régions: la région primaire, la région transitoire et la région en dents de scie. À partir des travaux des biologistes et des neurophysiologistes, nous simulons une région qui est la région dite en dents de scies "chop-S". Un modèle physiologique de l'excitabilité de membrane des cellules "chop-S" a été développé à partir des équations d'Hodgkin et Huxley. Nous proposons un réseau de neurones spécialisés à partir des neurones en dents de scies "chop-S" pour modéliser le codage temporel de la modulation d'amplitude. Des réponses simulées à des stimulus simples sont décrites et comparées avec des résultats publiés. Ce modèle est utilisé afin d'étudier les représentations de la démodulation d'amplitude du signal. La distribution des neurones pourrait être organisée en canaux spécialisés pour coder l'enveloppe du signal modulé en amplitude. En même temps notre simulation montre que les entrées inhibitrices peuvent avoir un effet substantiel sur la régularité du signal de sortie de la cellule en dents de scie "chop-S". Mots clés: Noyau cochléaire, Neurones en dents de scies, Modèles neuronaux, Démodulation d'amplitude, Réseaux de neurones spécialisés.

Les lignes de transport et de distribution d'énergie électrique peuvent être exposées, durant la saison hivernale, à l'accumulation de glace. La présence de glace entraîne la dégradation des propriétés électriques de l'isolation des lignes et favorise l'apparition de l'arc de contournement. Les conséquences néfastes de l'accumulation de glace sur les isolateurs des lignes et des postes ont attiré l'attention des chercheurs. Les études entamées dans ce domaine consistent à déterminer la tension minimale de contournement, VMF, des isolateurs en porcelaine, en verre trempé, ou en matière synthétique recouverts de glace, soumis à la tension alternative ou continue dans les régimes d'accumulation et de fonte. Les études avancées dans le domaine du givrage des isolateurs se continuent actuellement dans le laboratoire des hautes tensions du Groupe de Recherche en Ingénierie de l'Environnement Atmosphérique (GRBEA) à l'UQAC et dans quelques autres laboratoires. Le but principal des études à l'UQAC consiste à établir une méthode standardisée de mesure de la tension de tenue maximale, VJM, des isolateurs recouverts de glace en fonction de plusieurs facteurs ayant trait au givrage et à la contamination. Cette méthode permettra de faire une conception adéquate des isolateurs destinés aux réseaux électriques dans les régions froides. Le projet actuel entrepris dans le cadre du programme du GREA consiste en particulier à la détermination de la tension de tenue maximale, VTM, des isolateurs en porcelaine de type standard IEEE en fonction des paramètres suivants: 1) le nombre d'isolateurs (pour deux types de glace: givre léger et verglas); 2) l'épaisseur de la glace (pour un type de glace: verglas); 3) la conductivité de l'eau (pour un type de glace: verglas). Les résultats des essais concernant les variations de la tension de tenue maximale, VTM ont démontré que les valeurs de V?, exprimées en kV en fonction du nombre d'isolateurs en présence du givre léger, sont plus élevées qu'en présence du verglas. Le verglas est donc plus dangereux du point de vue de la possibilité de l'amorçage de l'arc de contournement. Les résultats des essais concernant les variations de la tension de tenue maximale, VTM, exprimées en kV par mètre de distance d'arc, en fonction de l'épaisseur de glace, E, ont démontré que la valeur de VTM/m diminue avec la croissance de l'épaisseur: elle passe de 110 kV/m pour une épaisseur de 0,5 cm à 69,1 kV/m pour une épaisseur de 2,5 cm, soit une diminution d'environ 37%. À partir de 2,5 cm, la tension de tenue maximale, VTM, reste constante malgré la croissance de l'épaisseur du dépôt de glace. Les résultats des essais relatifs à la détermination de la tension de tenue maximale, VTM en fonction de la conductivité de l'eau ont démontré qu'une valeur élevée de la conductivité provoque une diminution sensible de la valeur de la VTM. Les essais effectués ont démontré que la croissance de la conductivité de l'eau de 4 u.S/cm à 150 u.S/cm a entraîné une diminution de la tension de tenue maximale de 137,2 kV/m à 69,1 kV/m, soit environ deux fois. La dernière partie de l'étude présentée dans ce mémoire concerne la comparaison entre les performances électriques des isolateurs recouverts de glace et celles des isolateurs pollués. Cette comparaison permet d'établir une certaine correspondance entre la sévérité de glace et celle de la pollution et de comparer l'épaisseur de glace accumulée, avec un taux de pollution sèche. Par exemple, la valeur de la tension de tenue maximale, VTM mesurée pour 6 isolateurs standards IEEE recouverts de verglas d'une épaisseur de 2,5 cm correspond à celle obtenue au cours d'essais sous brouillard propre avec un taux de pollution égal à 0,153 mg/cm2.

En présence de pluie, les lignes de transport d'énergie électrique se mettent à vibrer à la fréquence naturelle du conducteur. Les vibrations sont causées par la présence intermittente des charges d'espace et du vent ionique située sous les gouttes d'eau suspendues au conducteur. Depuis une dizaine d'années, une étude visant à déterminer les mécanismes de ce type de vibration a été entreprise par les chercheurs de l'Université du Québec à Chicoutimi. De nombreux tests ont été réalisés notamment afin de mettre en évidence l'amplitude des forces en jeu ainsi que l'influence des conditions expérimentales (intensité des précipitations, polarité et valeur du champ électrique à la surface du conducteur) sur l'amplitude de vibration. Les résultats issus de ces études ont servi à valider le modèle conçu dans le cadre du présent travail. L'objectif est d'élaborer un modèle destiné à simuler numériquement les vibrations induites par effet de couronne sur les lignes de haute tension de grandeur réelle, en tenant compte de la variation des paramètres tels que: type de conducteur, intensité des précipitations, valeur et polarité du champ électrique à la surface du conducteur. Pour ce faire, la méthode des éléments finis a été utilisée et plus particulièrement la méthode de superposition modale. Cette méthode permet de transformer l'équation différentielle de base en un système d'équations différentielles découplées où chaque équation représente un mode de vibration. La discrétisation du temps a été réalisée à l'aide d'une méthode basée sur les différences finies. La variation dans le temps de la force induite par effet de couronne utilisée dans cette étude est de forme impulsionnelle. Cette forme donne des résultats satisfaisants et plus réalistes qu'en utilisant une forme sinusoïdale telle qu'utilisée dans les études antérieures. Dans un premier temps, un programme a été conçu pour modéliser les vibrations d'un conducteur d'une longueur de 3,58m, existant en laboratoire. Les résultats obtenus en utilisant ce conducteur ont permis de valider les facteurs d'amortissement. L'équation d'équilibre d'une goutte d'eau soumise à un champ électrique nous a permis de déterminer le moment d'éjection des gouttelettes d'eau. Un phénomène de battement a été observé expérimentalement ainsi que lors des simulations avec l'équation d'équilibre. Ce phénomène démontre que les simulations effectuées avec l'équation d'équilibre représentent bien la réalité. Dans un deuxième temps, des simulations ont été effectuées sur deux lignes réelles en faisant varier les paramètres cités ci-avant. Les résultats obtenus sont conformes avec les observations effectuées sur le terrain: l'amplitude des vibrations est de l'ordre de 1 à 5 cm avec une fréquence variant de 0,2 à 3 Hz. La méthode de superposition modale utilisée pour modéliser les vibrations induites par effet de couronne a permis de reproduire plusieurs modes de vibration lors des simulations réelles contrairement aux simulations obtenues avec la méthode de Wilson qui n'excitait que le premier mode. De plus, le temps de calcul est très court avec la superposition modale permettant ainsi l'utilisation d'un plus petit pas de temps et par conséquent une augmentation de la précision dans les calculs. Donc la méthode de superposition modale s'est avérée un bon choix.