Les transformateurs de puissance sont des composants essentiels du réseau de transport d’énergie qui se trouvent au coeur de la livraison sûre, efficace et sécurisée de l'énergie électrique. Sans entretien approprié et sécurisé, la lumière peut s’éteindre tout simplement. L’âge avancé de ces transformateurs, associé à la demande sans cesse croissante en électricité au cours de ces dernières années, augmente le risque de voir les plus vieux équipements tomber en panne et entraîner d’importantes coupures d’électricité. Cela soulève des inquiétudes tant au niveau de l’approvisionnement énergétique, de l’environnement qu’au niveau des investissements. L’indisponibilité d’un transformateur de puissance a généralement de lourdes conséquences financières pour les exploitants et les utilisateurs des réseaux électriques. Il est donc important de procéder à des analyses et maintenances pour améliorer la disponibilité d’énergie électrique. Les isolants utilisés dans la fabrication des transformateurs, qu’ils soient solides (papier, carton) ou liquides (huile), subissent avec le temps une altération chimique sous l’influence de contraintes thermiques, électriques et d’autres agents tels que l’oxygène et l’humidité. La détection précoce de la détérioration du système d’isolation permet d’effectuer les opérations de maintenance appropriées, qui ont pour conséquence de limiter au maximum les arrêts imprévus provoqués par les défaillances. Pour ces raisons, de nombreuses méthodes de diagnostic ont été développées en vue de contrôler l’état des transformateurs. Cette thèse propose des méthodes alternatives fiables, économiques et plus rapides pour évaluer l’état de dégradation du système isolant (huile/ papier). Dans ce contexte, un capteur capacitif interdigité pour surveiller l’état du papier imprégné d’huile a fait l’objet de ce travail. Ce capteur est basé sur la mesure de facteur de dissipation (tan δ). Dans le même concept, les pôles de la réponse diélectrique ont été utilisés comme un nouveau paramètre, indépendant de la géométrie, pour évaluer l’état du papier imprégné. Les résultats obtenus ont montré que le capteur est capable de détecter la dégradation du papier imprégné d’huile. À partir de mesures effectuées sur des échantillons de papier imprégné d’huile neuve et vieillie, il a été montré que les pôles peuvent être considérés comme indicateur de vieillissement du papier imprégné d’huile. Actuellement, une des façons la plus simple pour déterminer l’état du transformateur est d’utiliser l’huile isolante comme moyen de diagnostic. Dans cette thèse de doctorat, une série d’expériences ont été réalisées dans des conditions de laboratoire contrôlées. La qualité de l’huile isolante a été évaluée avec de nouvelles méthodes de diagnostic, il s’agit ici de la spectrophotométrie UV/ VIS et la turbidité, ainsi que de méthodes traditionnelles utilisant la tension interfaciale (IFT) et l’acidité (AN). À partir des résultats obtenus, des corrélations ont été observées entre les nouvelles méthodes et les méthodes traditionnelles. Les résultats indiquent que la spectrophotométrie UV/VIS et la turbidité peuvent être éventuellement utilisées comme indice efficace pour l’évaluation de la dégradation de l’huile isolante. Sur ce, des limites fournissant une «image» de l’état l’huile ont été suggérées. La mesure de la teneur en eau a été aussi explorée dans cette thèse. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) a été utilisée comme outil pour la détermination de la teneur en eau ainsi que l’état de l’huile isolante. La méthode utilisée pour déterminer la teneur en eau est basée sur l’extraction de l’humidité contenue dans l’huile à l’aide d’un solvant (acétonitrile). Les résultats obtenus montrent qu’il est possible de prédire avec précision la teneur en eau de l’huile à partir de la spectroscopie IRTF. Une corrélation directe entre l’acidité de l’huile et l’absorbance IRTF à 1710 cm-1 a été observée. Power transformers are a critical component of the transmission grid and central to the safe, efficient and secure delivery of electric power. Without proper maintenance and security of these components, the electrical system can grind to a halt. The actual age of the installed transformers, associated with the growing demand for electricity in recent years, increases the risk of failure and potential power outages. The unavailability of a power transformer usually has serious financial consequences for both electricity networks operators and users. Since they are extremely expensive devices, it is much less expensive to conduct analysis and maintenance compared to the cost of an interruption of electricity supply as a result of transformer failure. Under the influence of heat and other agents such as oxygen and moisture, the insulating material used in transformers, whether solid (paper, pressboard) or liquid (oil), undergo physicochemical changes in its properties. Early detection of insulation system deterioration allows carrying out the appropriate maintenance actions. These actions lead to minimize unscheduled downtime that causes significant problems. For these reasons, many diagnostic methods have been developed to monitor the transformers conditions. This thesis proposes alternative, reliable, economic and fast methods to assess the condition of the insulation system (oil / paper). In this context, a capacitive interdigital sensor to monitor the condition of oil-impregnated paper condition has been proposed. This study is based on the measurement of the dielectric dissipation factor (tan δ). In the same concept, the poles derived from the dielectric response were used as a new parameter, independent of geometry, for the impregnated paper condition assessment. The obtained results have shown that the sensor is capable of detecting the degradation of oilimpregnated paper. From the investigations performed on new and aged oil paper samples, it was shown that poles can be regarded as insulation aging indicator. One of the simplest ways to access the condition the transformer is to use the insulating oil as diagnostic medium. In this contribution, a series of experiments have been performed under controlled laboratory conditions. The quality of the insulating oil was evaluated with alternative diagnosis methods, such as UV/Vis spectrophotometer and turbidity, as well as traditional methods using interfacial tension (IFT) and acidity (AN). From the obtained results, correlations were found between some of them. The results indicate that UV/Vis spectrophotometer and turbidity, which change with a higher rate than interfacial tension (IFT) and Acid Number (AN) values, can be possibly used as an effective index for insulating oil degradation assessment. Limits are suggested which provide a “picture” of the oil condition. In the same way, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was used to assess water content and the condition of the insulating oil. The method used to determine the water content is based on the extraction of the moisture containing in the oil using a solvent (acetonitrile). The results shows that the water content can be accurately predicted using FTIR spectroscopy extraction method. A direct relationship between the acidity of the oil and FTIR absorbance at 1710 cm-1 was also observed.

L’anode en carbone, qui transporte l'électricité et fournit le carbone nécessaire à la réaction électrochimique dans la cellule d'électrolyse, est un composant essentiel de la production d'aluminium primaire. L'efficacité énergétique et l'impact environnemental sont encore des questions clés des d'alumineries modernes. Par conséquent, il est important de contrôler la qualité des anodes qui influence fortement la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre. À la lumière d’une revue de littérature détaillée, il ressort que la distribution uniforme du courant semble être l'un des indicateurs de la qualité des anodes. Ainsi, un système expérimental a été développé pour caractériser la distribution du courant dans une anode dans le cadre de la Chaire Université du Québec à Chicoutimi (UQAC)/Aluminerie Alouette Inc. (AAI) sur l’utilisation du carbone dans l’industrie d’aluminium primaire. Ce mémoire décrit le système de mesure utilisé pour des anodes de laboratoire, définit la méthode de mesure et présente les résultats expérimentaux. Les résultats sont également comparés avec les mesures de distribution de la résistance électrique dans les anodes réalisées avec le système SERMA (Specific Electrical Resistivity Measurement of Anode) développé par la Chaire UQAC/AAI, ainsi que les résultats d’analyses par tomographie à rayon X. Après avoir passé en revue les différentes techniques de mesure de courant électrique, un système a été construit, basé sur un principe de mesure indirecte par l’insertion de résistances (shunts de valeurs connues) dans les circuits de sortie de l’anode. Cette méthode présente l’avantage de permettre l’acquisition automatique des mesures avec un datalogger prévu à cet effet. Ceci augmente significativement la précision des mesures réalisées. Étant donné qu’on souhaitait minimiser l’influence des circuits extérieurs sur la distribution du courant dans l’anode, il était primordial que ces circuits aient les mêmes caractéristiques électriques. Il s’agissait principalement d’avoir les mêmes résistances électriques ; et pour cela, des dispositions particulières ont été prises en termes de longueurs et sections des conducteurs électriques et d’uniformité de l’appareillage utilisé. À la fin du montage du système, des essais ont été effectués sur une anode test. Les résultats ont permis de valider certaines hypothèses théoriques développées en s’appuyant sur la loi d’Ohm. Des courbes de variation des résistances de contact par rapport à la hauteur de serrage de l’anode ont également montré une bonne concordance avec celles obtenues dans la littérature. Enfin, ces essais ont permis d’élaborer la procédure de test détaillée du système de mesure. Une fois le système de mesure mis au point, dix anodes en carbone ont été fabriquées et cuites. Dans ces anodes, différents paramètres tels que le taux de brai et la répartition granulométrique ont été variés. La distribution de courant dans ces anodes a été mesurée. Par la suite, des anodes déjà mesurées ont été percées pour simuler des fissures ou encore rainurées puis testées de nouveau. L’étude a montré l’impact des fissures et des rainures sur la distribution du courant dans l’anode. Les effets du sous brai et du sur brai ainsi que le regroupement des particules sur la densité ont été mesurés ; aussi l’apparence physique des anodes a été étudiée. Ensuite dans la chaire de recherche, les résistivités électriques des anodes cuites ont été mesurées avec le système SERMA, et les défauts ont été analysés par tomographie à rayon X. Par ailleurs, des mesures de distribution de courant, des mesures de distribution de tension et des mesures de distribution de résistance de contact ont été réalisées pour ces anodes. L’analyse des résultats de ces mesures a aidé à mesurer l’impact des différences, même minimes, entre les résistances des circuits de sortie. Cela a conduit à des modifications du système pour réduire l’impact des circuits externes sur les mesures de courant. De plus, des mesures complémentaires ont été réalisées afin de corriger les données de mesures de distribution de courant. Ainsi, deux modèles de correction ont été développés à cet effet et différentes comparaisons qualitatives ont été menées avec les résultats de mesures de distribution de résistivité réalisées avec le système SERMA ainsi que l’analyse par tomographie à rayon X. À l’issue, l’un des modèles correspondait aux résultats de SERMA et de la tomographie à rayon X. Ledit principe de correction a été utilisé pour obtenir la distribution de courant pour toutes les anodes avec deux et trois trous. L’impact du mode d’alimentation électrique sur la distribution du courant dans l’anode a été également déterminé. La poursuite de l’étude avec l’analyse des distributions de courant corrigées a permis de comprendre l’impact des propriétés des anodes sur la distribution de courant. Pour ce faire, les distributions de courant corrigées dans les anodes (avec différents taux de brai, répartitions granulométriques, fissures et perçages) ont été analysées. Les résultats de toutes ses analyses ont montré qu’il y a une influence du mode d’alimentation de l’anode sur les distributions de tension, mais pas sur les distributions de courant et de résistance de contact. Les distributions de résistance de contact sont très sensibles aux mouvements de l’anode et elles influencent fortement les distributions de courant mesurées, mais pas les distributions corrigées. Les mesures ont également confirmé que la distribution du courant dans l’anode n’est pas affectée significativement par le taux de brai dans celle-ci. Le regroupement de particules a un effet considérable sur la distribution de courant. Il a été aussi observé que les rainures et les larges fissures dans l’anode influencent les distributions de courant et de tension. Carbon anode, which carries the electricity and provides the carbon necessary for the electrochemical reaction in the electrolytic cell, is an essential component of the primary aluminum production. Energy efficiency and environmental impact are still the key issues in modern aluminum smelters; thus, it is important to control the quality of anodes which strongly influences the energy consumption and the greenhouse gas emissions. Based on a detailed literature review, it appears that the uniform current distribution seems to be one of the indicators of the quality of anodes. Therefore, an experimental system was developed to measure the distribution of current in an anode within the frame of UQAC/AAI Research Chair on the utilization of Carbon in Primary Aluminum Industry. This thesis describes the measurement system used for laboratory anodes, defines the measurement method and presents experimental results. The results are also compared with the electrical resistance distribution measurements in anodes made with the SERMA (Specific Electrical Resistivity Measurement of Anode) system developed by UQAC/AAI Chair and the X-ray tomography analysis results. After reviewing the various technics of measuring the electric current, a system was built based on the principle of indirect measurement by adding resistors (shunts with known values) in the output circuits of the anode. This method has the advantage of allowing the automatic acquisition of measurements with a data logger. This increases significantly the accuracy of measurements. Since it is desired the influence of external circuits on the current distribution in the anode should be avoided, it was essential that these circuits have the same electrical characteristics. This was mainly to have the same electrical resistance; and for this, special arrangements have been made in terms of lengths and sections of the electrical conductors. At the end of assembly, trials were carried out on a test anode. The results were used to validate certain theoretical assumptions developed, based on Ohm's law. Contact resistances were plotted as a function of the clamping height of the anode, and the results showed good agreement with those obtained in the literature. Finally, these trials have helped develop a detailed test procedure of the measurement system. Once the measurement system was developed, ten carbon anodes were fabricated and baked. In these anodes, different parameters such as pitch content and particle size distribution were varied. The current distribution was also measured. Thereafter, the anodes were drilled to simulate cracks or grooved and then tested again. The study showed the impact of cracks and grooves (slots) on the current distribution in the anode. The effects of the under-pitch and over-pitch levels of anodes and the arrangement of particles in anodes on the density were measured; and the physical appearance of the anodes was also studied. Then in the group, the electrical resistivities of the baked anodes were measured with the SERMA (specific electrical resistivity measurement of anodes) system, and the defects were analyzed by the X-ray tomography. Furthermore, current, voltage, and contact resistance distributions were measured for those anodes. Analysis of the results helped study the impact of differences, however small, between the resistances of the output circuits. This led to modifications which reduced the effect of the external circuit on the current measurement. Furthermore, additional measurements were performed to correct the data of the distributions measured. Thus, two correction models have been developed for this purpose; and various qualitative comparisons were conducted with the results of the resistivity distribution measurements by SERMA and the X-ray tomographic analyses. At the end, one of the models was found to correspond to the results of SERMA and X-ray tomography. That principle of correction was used to obtain the current distribution for all anodes with two and three stub holes. The impact of the current input configuration on the voltage distribution was determined. Pursuing the study with the analysis of adjusted current distributions allowed the understanding of the impact of the properties of anodes on the current distribution. To do so, the calculated current distributions in anodes (with different pitch levels and granulometry, cracks, and groves) were analyzed. The results of all analyses showed that there is an influence of the current feeding mode on the voltage distributions, but not on current and contact resistance distributions. Contact resistance distributions are sensitive to the placement of the anodes in the system, and they strongly influence the measured current distributions, not the calculated ones. The measurements also confirmed that the current distribution in the anode is not affected significantly by the pitch content. The distribution of different size particles has a considerable effect on the current distribution. It was also observed that the slots and large cracks in the anode influence the current and voltage distributions.

L'électrolyse de l'aluminium est un procédé électro-chimique hybride qui consiste à produire du métal, par l'entremise d'un courant électrique et d'alumine dissoute dans un bain de cryolithe à température élevée. Actuellement, les modèles mathématiques représentant la dynamique de ce procédé sous forme de bilans massique et énergétique sont constitués d'équations différentielles ordinaires couplées, non-linéaires et à coefficients variants. L'objectif de ce mémoire est d'identifier à partir d'un modèle non-linéaire existant, un modèle linéaire à coefficients constants. Un simulateur numérique est élaboré pour la résolution du système d'équations différentielles et pour l'identification paramétrique des fonctions de transfert qui sont à la base du modèle linéaire. Le modèle obtenu est représentatif du modèle non-linéaire, lorsqu'il est appliqué aux alentours des conditions normales d'opération. De plus, par la réduction du modèle linéaire découplé, on obtient un modèle de contrôle aussi valable, mais de dimension réduite et d'une grande simplicité. L'analyse dynamique du système démontre que les réponses à l'échelon associées à ce procédé complexe sont simples, ayant soit la forme d'une exponentielle, d'une rampe ou d'une combinaison de ces dernières.

L'opération d'une cuve d'électrolyse de l'aluminium est une tâche complexe. Pour aider les opérateurs dans leur travail, des systèmes automatiques essaient de garder ce système à l'intérieur de limites d'opération normales. Ces systèmes réalisent leur contrôle en se basant sur un nombre restreint de paramètres et ne peuvent diagnostiquer un problème ou réagir à une situation urgente. L'opérateur est mis à profit pour régler ces cas. Pour l'assister dans les circonstances pressantes et pour s'assurer que les actions prises par l'opérateur soient les meilleures, un système expert a été construit en se basant sur l'expertise qu'ils ont développée avec les années. Un modèle de représentation des connaissances pour une cuve d'électrolyse est proposé. Il couvre le domaine de l'alimentation en alumine et plus particulièrement les alarmes, les problèmes mécaniques, les effets anodiques et la boue. Ce modèle se base sur le savoir d'experts soit des opérateurs, chercheurs et ingénieurs impliqués dans le développement et l'opération de la cuve A-310. Ce modèle a été vérifié à l'aide des experts. Le système expert présenté intègre cette expertise dans une coquille de système expert, Comdale/X, et la rend disponible à tous ceux qui s'intéressent à une opération plus efficace d'une cuve d'électrolyse de l'aluminium.

Jusqu'à maintenant, plusieurs modèles mathématiques ont été développés par différents chercheurs pour la planification, l'exploitation et la gestion des réseaux électriques. Malgré l'élégance de la formulation dans certains cas et une précision exceptionnelle dans d'autres, la majorité de ces modèles ne conviennent pas à une application industrielle en temps réel. Les raisons retenues et évoquées sont principalement le temps de calcul mis pour atteindre une solution optimale du problème lors de la simulation d'événements fortuits et aussi, l'espace mémoire requis en cas d'analyse de grands réseaux. Dans ce travail de recherche, nous présentons une nouvelle formulation mathématique linéaire de la répartition optimale de la puissance réactive pour le contrôle de la variation des tensions de barre d'un réseau électrique et sa solution par la programmation linéaire Simplex. Le principe repose sur les propriétés de découplage des paramètres caractéristiques d'un système de distribution d'énergie électrique en deux modèles distincts: - puissance active CP) et angle de phase (9), (BUI et GHADERPANAH, 1982); - puissance réactive (Q) et amplitude de la tension (v), objet du présent mémoire. Pour des raisons pratiques, le modèle minimise la somme des valeurs absolues des variations des tensions en cas de contingences, par une génération de puissance réactive appropriée. La formulation mathématique de cette fonction objective et celle des relations d'injections de puissance conduisent à des équations non linéaires. Ainsi, l'approche de ce modèle est basée sur la linéarisation de ces équations et de l'utilisation d'un support mathématique de transformation pour rendre l'énoncé final du problème compatible avec l'application de la programmation linéaire. Les contraintes incluses tiennent compte de la physique et de la sécurité du réseau et sont introduites par les variations des tensions permises autour du point d'opération et les capacités de production des sources ou génératrices de puissance réactive. L'algorithme de solution développé a permis l'écriture d'un programme en Fortran IV (PROGQV) pouvant simuler les situations telles: - l'écoulement optimal des charges réactives; - la fluctuation de la demande (consommation); - la panne des lignes de transmission (circuit ouvert); - la panne des génératrices (sources de puissance réactive hors circuit). La méthode de solution est itérative et ne nécessite pas l'utilisation de fonction de pénalité ou de recherche orientée qui généralement, occasionne une difficulté de convergence. En plus, aucune inversion de matrice n'est effectuée, ce qui ajouté aux avantages mentionnés, entraîne une diminution du temps de calcul. Les informations d'entrée du programme sont les données standard d'un problème de la répartition optimale des charges et celles de sortie sont les valeurs optimales des équipements de contrôle, soit les puissances réactives générées aux différents points de production. Ainsi, afin de vérifier la validité de l'approche, les quatre sortes de contingences citées antérieurement ont été simulées comme application, à l'aide d'un système de distribution de 10 barres, et 14 lignes de transmission. Dans chacun des cas, l'idée de base était de garder le système aussi proche que possible de son point d'opération par une nouvelle réallocation des puissances réactives générées. Les différentes solutions optimales obtenues sont toutes physiquement réalisables de par la nature des contraintes et d'une précision acceptable sur le plan pratique. Le temps de calcul moyen requis pour atteindre l'optimalité est de 5.5 CPS sur l'ordinateur CYBER 825. D'une manière générale, les résultats de l'application numérique nous portent à croire à la validité du concept et que l'utilisation de l'algorithme serait principalement efficace pour assister un opérateur dans la surveillance et la gestion en temps réel de grands réseaux électriques, où la maintenance des tensions à l'intérieur de tolérance spécifiée, une prise de décision et port d'action rapides sont exigés lors d'événements fortuits.

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.

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.

La cuve d'électrolyse est l'élément central dans la réduction de l'aluminium. En dépit des systèmes de contrôle automatique appliqués sur l'opération des cuves, une quantité significative d'informations sur leurs états n'est pas encore utilisée dans le processus décisionnel. D'ailleurs, la qualité de décision dépend bien souvent de l'opérateur responsable. Ce système expert à base de règles à deux niveaux est construit à partir de l'expertise disponible des opérateurs et de celle des ingénieurs du procédé d'électrolyse. Ce système est conçu pour diagnostiquer autant les cuves de type général que celles de types particuliers. De plus, il peut fonctionner en mode autonome tout en utilisant des données d'entrées locales à la station de travail ou en mode réseau en utilisant les données du procédé réel comme valeur d'entrée. Dans l'architecture réseau, le procédé réel peut être remplacé par un simulateur de cuve (un modèle mathématique) utilisant des mécanismes de transfert d'information semblable au système d'acquisition de données des procédés en temps réel. Cela permet de tester explicitement les tâches du système expert sur la surveillance du procédé et ses alarmes. L'agencement a comme objectif de proposer une aide aux opérateurs pour créer des analyses détaillées de l'état des cuves, de détecter la présence de défaut dans le procédé, de faire l'analyse de tendance et de proposer l'affectation de cible à long terme. Il peut également être présenté à l'ingénieur de contrôle comme référence pour le réglage de points de consigne sur certains régulateurs pertinents. L'architecture de la base de connaissance est conçue de manière à permettre la distribution de l'application aux divers types de cuves afin de simplifier la mise à jour éventuelle du système. C'est pour cette raison que la structure de la base de connaissances et la stratégie de raisonnement sont conçues avec des caractères uniques. Cette thèse fournit l'ensemble de la connaissance saisie au sujet du procédé d'électrolyse de l'aluminium et des secteurs appropriés. Celle-ci comprend la connaissance générale du domaine pour l'ingénierie cognitive aussi bien que la connaissance spéciale pour les types particuliers de cuves. Elle décrit également la construction du système expert et montre quelques exemples accompagnés de discussions détaillées sur différents cas de diagnostique.

Un modèle mathématique d'un four de coulée d'aluminium est utilisé afin de simuler le four réel. L'algorithme de calcul est construit en tenant compte des différents modes opératoires rencontrés sur un tel four. Le modèle mathématique de la stratégie de contrôle est bâti à l'aide d'un logiciel de programmation d'un automate programmable industriel. La stratégie est d'abord vérifiée et testée sur le modèle mathématique du four en laboratoire puis testée sur un vrai four en milieu industriel. Une stratégie de contrôle proportionnel et intégral est présentement appliquée au four. La modification de cette stratégie de contrôle est faite de façon à créer une auto correction de l'un des paramètres de contrôle (Gain proportionnel, Kp) de façon à modifier celui-ci en fonction d'une relation entre la température du métal et celle du toit du même four, (gain auto adaptatif). La validation expérimentale du contrôle est faite pour un four d'aluminium basculant de quatre-vingt dix (90) tonnes. Finalement, la stratégie de contrôle auto adaptative est utilisée pour la recherche d'un mode opératoire plus court visant l'atteinte d'une température désirée pour l'étape suivante opérationnelle, la coulée. Par la suite, une fonction de coût à minimiser, définie comme le temps d'atteinte plus court d'une température cible aura pour effet d'augmenter la productivité du four. Claude Fillion, étudiant Rung Tien Bui, dir. de recherche Jean Perron, co-dir. de recherche

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.