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.

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'oeuvre 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 micro-ordinateur, 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.

Un robot-cueilleur de tomates, devant être utilisé dans une serre, doit pouvoir faire la récolte des tomates mûres et, pour ce faire, son système de vision doit lui communiquer la direction de ces dernières. La détermination, par le système de vision, de la distance des tomates n'est pas nécessaire si un senseur est placé au bout du bras du robot pour lui indiquer quand arrêter lorsqu'il se déplace en direction d'une tomate. On propose un algorithme de localisation des tomates dans une image qui, dans un premier temps, localise le centre et le rayon de toutes les tomates dans une image couleur de la scène. On utilise à cette fin la transformation de Hough circulaire, c'est une technique qui permet de faire cette localisation sur la base de la forme circulaire des tomates. Cette technique est robuste à l'occlusion partielle d'une partie de la tomate par des feuilles ou d'autres tomates. Dans un deuxième temps, les tomates mûres qui sont rouges sont discriminées des autres qui sont vertes à partir de la couleur d'un certain nombre de points sélectionnés sur chacune. Une grande partie de cette thèse est consacrée à résoudre le problème de reconnaissance de la couleur. Ce problème, relativement simple sous des conditions d'illumination idéales, est particulièrement compliqué sous les conditions d'illumination qui prévalent le jour dans les serres par temps ensoleillé. Nous faisons une analyse du problème qui fait intervenir un modèle de réflexions de la lumière par les objets et un modèle de la caméra, et nous analysons l'irréversibilité du processus de mesure d'une caméra. Au chapitre V, nous faisons une analyse complète de la méthode de reconnaissance de la couleur de Wandell et Maloney. C'est une méthode qui, sous certaines conditions, permet d'estimer les conditions d'illumination et de compenser pour leurs effets. Cette méthode est nouvelle et n'a jamais été utilisée dans une application pratique car elle impose certaines prémisses difficiles à réaliser. Au chapitre VI on propose une solution à ces problèmes pour le cas de la reconnaissance de la couleur des tomates. Cette méthode est utilisée afin d'associer à chaque tomate un indice de couleur à partir duquel la tomate est classifiée comme étant soit mûre, soit non-mûre.

Les ouvrages soumis à des conditions climatiques hivernales sont susceptibles de recevoir une accumulation de glace pouvant nuire à leur intégrité ou à leur fonctionnement. Le travail présenté ici s'inscrit dans l'ensemble de l'analyse des données fournies par le système de mesure installé au site du Mont-Valin (Québec) et qui vise à étudier les caractéristiques des dépôts de glace sur différents types de conducteurs électriques, sans tension électrique, de courte et moyenne portées (35 et 100 m ). L'objectif de cette étude est d'analyser la validité des valeurs expérimentales recueillies, de les utiliser pour identifier des exemples typiques des différents modes de délestage <réduction de la charge de glace sur un câble), et d'approfondir l'étude d'un de ces modes. On rappelle quelques caractéristiques sur le givrage des câbles: L'évolution d'un événement de givrage se déroule généralement sur trois phases? une phase d'accumulation, une phase d'endurance et une phase de délestage. Trois grands types de glace sont identifiés selon 1'apparence de la glace et sa densité. Ce sont le givre léger, le givre dur et le verglas. La glace déposée sur un câble tend à prendre une forme intermédiaire entre celle d'un manchon circulaire et celle d'un manchon elliptique. Les différents types de délestage décrits sont le délestage par fonte, caractérisé par une température ambiante positive, le délestage par sublimation, caractérisé par une température négative et un faible taux de décroissance de la charge de glace, et enfin, le délestage par bris mécanique de la glace caractérisé par une température négative et un fort taux de décroissance de la charge de glace. On présente ensuite les conditions expérimentales. L'installation du Mont?Valin comprend quatre types de câbles ou groupe de câbles. Les conditions météorologiques ainsi que le poids de glace obtenu grâce aux cellules de charge fixées à une extrémité de chaque câble sont enregistrés localement puis transmis quotidiennement au centre de calcul du Groupe de Recherche en Ingénierie de l'Environnement Atmosphérique (SRIEA) de 1'Université du Québec à Chicoutimi CUGAC) par liaisons téléphoniques. Une telle installation engendre généralement de larges perturbations aléatoires des signaux électroniques correspondant aux différentes mesures. Il est donc essentiel d'évaluer la validité des données afin de déterminer quels ensembles de valeurs sont utilisables. La validation des données est effectuée en évaluant l'amplitude des perturbations aléatoires. Pour ce faire, on étudie les variations fictives de la charge de glace enregistrées alors qu'aucun dépôt de glace n'est présent sur les câbles. Pour chaque câble et chaque saison, un seuil minimum de variation de la charge de glace, en?deçà (duquel les valeurs ne sont pas retenues, est défini. Ces valeurs/seuils varient entre 20 g/m et 500 g/m selon les cas. L'étendue de cette variation s'explique par les différences de qualité des conditionneurs de signal utilisés, qui ne sont pas les mêmes pour tous les câbles, et qui sont souvent changés d'une année à l'autre pour un même câble. L'erreur commise en utilisant cette méthode est calculée, pour chaque seuil, par une méthode de Bayes. Les erreurs obtenues se situent entre 1% et 12%, et sont jugées acceptables. A 1'aide des critères dérivés des définitions données pour chaque mode de délestage ainsi que des limites imposées par la validation des données, on identifie quelques exemples typiques de décroissance de la charge de glace. Les exemples de délestage par fonte montrent des taux de décroissance de l'ordre de 1 kg/m.h sur des périodes de quelques heures. Les exemples de délestage par sublimation ont des taux de décroissance variant entre 10 et 50 g/m.h sur des périodes de plusieurs jours. Les remarques apportées par les comparaisons entre les différents cas de sublimation rencontrés sont en accord avec, le modèle analytique proposé par G. Lambrinos et al. (1987). Finalement, un exemple de délestage par bris mécanique de la glace est présenté. Le taux de décroissance est de 1'ordre de 250 g/m sur une période de quelques heures. Le délestage par bris mécanique de la glace étant la plus susceptible de provoquer des accidents (S. Fuheng et H. Shixiong, 1988), il apparaît le meilleur choix pour une étude plus approfondie. Une analyse systématique des corrélations entre les taux de délestage et les conditions climatiques montre que le vent observé pendant la période de délestage et la charge de glace accumulée sur le câble sont les facteurs les plus influents. Le mécanisme de rupture de la glace se produit par perte d'adhésion de la glace au câbles, suivis, dans certains cas, d'une rupture de la glace en tension. Une estimation des contraintes en adhésion, normale et en cisaillement, montre que les efforts créés par le vent sont négligeables par rapport à ceux causés par le poids de glace. L'influence du vent, mise en évidence dans l'étude statistique, peut s'exercer soit sous forme d'effet dynamique, soit en amorçant le processus de délestage. En conclusion, les données expérimentales du Mont?Valin permettent de prédire 1'ordre de grandeur des phénomènes de délestage de glace accumulée sur les câbles de courte à moyenne portées. On a pu mettre en évidence les facteurs les plus importants de délestage par bris mécanique de la glace. Le type de glace observé, pendant les saisons étudiées, se limitant au givre léger, il serait intéressant da poursuivre le programme d'acquisition de données, afin de compléter l'analyse par l'étude du délestage pour d'autres conditions météorologiques. On pourrait ainsi déterminer l'influence du type de glace sur le délestage par bris mécanique de la glace.

Les conducteurs et les isolateurs des lignes de transport électrique des régions froides canadiennes et québécoises sont souvent recouverts de glace et parfois ont à subir des changements rapides de température. Durant un réchauffement, un film d'eau peut se former en surface des dépôts de glace; en raison de la tension appliquée, ce film, d'eau favorise l'apparition de décharges électriques qui peuvent se développer en un contournement électrique. Une étude expérimentale a été entreprise en vue d'étudier le rôle joué par le film d'eau sur le comportement électrique des isolateurs recouverts de glace. A cet effet, les variations de température se rapprochant de celles rencontrées dans la nature en régime de fonte ont été reproduites en laboratoire à l'intérieur d'une chambre réfrigérée. La première partie du travail est consacrée à la mise au point d'une méthode pour mesurer la valeur de la tension minimale de contournement (VMF) en régime de fonte. Les résultats montrent que la tension minimale de contournement est plus faible lorsque la tension appliquée sur la chaîne d'isolateurs est augmentée au moment où la température de la glace est entre -0.5 et 0°C. Les résultats indiquent de plus, que la tension minimale de contournement en régime de fonte (78 ± 3 kV), pour une chaîne de quatre isolateurs couverts de 2 cm de glace, est pratiquement semblable à celle mesurée en régime d'accumulation. En régime de fonte comme en régime d'accumulation, l'activité de décharge s'amorce dès la formation du film d'eau. Par la suite, le développement de l'arc blanc et du contournement dépend de l'épaisseur et de la longueur des glaçons ainsi que du niveau de la tension appliquée. La seconde partie de l'étude porte sur les effets de la glace formée à partir de gouttelettes d'eau conductrice et de la contamination des isolateurs couverts de glace sur la valeur de la tension minimale de contournement en régime de fonte. L'addition de sel dans l'eau et la précontamination des isolateurs permettent de simuler respectivement deux conditions de contamination rencontrée, 1'une dans les régions côtières et l'autre, au voisinage des industries. Les résultats indiquent que la valeur de la tension minimale de contournement mesurée en régime de fonte et celle en régime d'accumulation pour les deux types de pollution sont sensiblement les mêmes. En outre, la valeur de la tension minimale de contournement diminue d'une façon exponentielle, lorsque la conductivité de l'eau augmente. A partir d'une certaine limite (200 µS/cm) la tension de contournement reste constante. Enfin, les observations visuelles des échantillons de glace formée sur les isolateurs ont permis de constater que le passage du courant de fuite se fait à l'intérieur des glaçons situés sur la ligne d'arc de la chaîne d'isolateurs. Ceci confirme le fait que le contournement des isolateurs couverts de glace est différent de celui des isolateurs humides et pollués. En effet, dans ce dernier, le mécanisme de contournement est relié au développement de bandes sèches sur la surface des isolateurs. Dans le cas des isolateurs recouverts de glace, le contournement dépend de la longueur et de l'épaisseur de la glace formée en bordure des jupes d'isolateurs ainsi que de la formation d'un film d'eau sur la surface de la glace.

Les études sur le contournement électrique des isolateurs verglacés ont débuté il y a une quinzaine d'années et dans toutes ces études on a toujours travaillé avec les isolateurs réels. Les résultats rapportés sont spécifiques pour chaque type d'isolateur et pour chaque condition d'expérience seulement. D'autre part, l'influence des variations de température sur le développement de l'arc de contournement n'a jamais été étudiée de façon systématique. C'est pour ces raisons que l'on ne peut pas déterminer exactement la condition la plus favorable au contournement des isolateurs verglacés et on ne peut pas expliquer le fait que le contournement se produit très souvent quand la température ambiante augmente, ou même quand la température n'augmente pas, mais il y a une couche d'eau couvrant la surface de la glace. Ce fait est aussi inexplicable si on se base uniquement sur les résultats obtenus à partir d'isolateurs réels. En utilisant un modèle physique linéaire au laboratoire, nous pouvons étudier de façon systématique les influences du changement de température sur le développement de l'arc de contournement. Nous pouvons aussi vérifier de façon fiable les résultats théoriques trouvés analytiquement. Dans la première partie de ce mémoire, nous passons en revue les travaux antérieurs sur ce sujet afin de pouvoir les comparer plus tard (dernière partie du mémoire) avec les résultats obtenus sur le modèle. Dans la deuxième partie nous utilisons le modèle mathématique formulé par 0b enaus pour déterminer de façon théorique les facteurs responsables du développement de l'arc de contournement quand la température augmente. Ensuite, en utilisant le modèle physique au laboratoire, nous vérifions les résultats ainsi trouvés. Après confirmation par expériences, nous arrivons aux résultats suivants: 1) Quand la température augmente, la résistance de la glace en régime de fonte diminue, cette diminution est responsable du déplacement de la décharge pour devenir un arc de contournement. 2) Quand une couche de liquide couvre la surface de la glace, la résistance totale équivalente diminue et cette diminution est aussi responsable du déplacement de la décharge. 3) Avec la glace formée par des solutions de faible conductivité (p > 20k? cm), en passant du régime de congélation au régime de fonte, la résistivité de la glace diminue de 32% à 48%. 4) En régime de congélation si la glace est couverte d'une couche de liquide provenant de cette même glace fondue, sa résistivité diminue approximativement de 97% de sa valeur initiale. 5) En régime de fonte, si la glace est couverte d'une couche de liquide provenant de cette même glace fondue, sa résistivité diminue approximativement de 95% de sa valeur initiale. 6) Le cas 5 précédent est le cas le plus favorable au contournement électrique des isolateurs H.T. verglacés car la résistance électrique de la glace est la plus basse. 7) En régime de congélation, avec la glace à -10oC et couverte d'une couche de liquide, la tension de contournement diminue de 12% à 20% comparé à la glace "sèche". A partir des résultats précédents, nous pouvons déduire les conclusions suivantes : a) avec une chaîne d'isolateurs verglacés suspendue verticalement, quand se produit une décharge partielle, l'eau provenant de la fonte de la glace s'écoule le long des isolateurs créant une couche de liquide à la surface de la glace, on a ainsi une probabilité très élevée de contournement; b) avec une chaîne d'isolateurs verglacés en position horizontale, quand se produit une décharge partielle, l'eau s'écoule autour d'un seul isolateur, elle ne peut pas former une couche reliant la haute et la basse tension et la probabilité de contournement est très réduite; c) Les conclusions a) et b) précédentes ne sont plus valables si la température ambiante est trop élevée ou si les rayons solaires sont trop intenses de telle sorte qu'il se crée en même temps une couche de liquide recouvrant la surface de la glace. Dans la dernière partie du mémoire, nous comparons les résultats trouvés antérieurement sur les isolateurs réels avec ceux trouvés sur modèle dans ces travaux et nous montrons ainsi que tout les résultats trouvés antérieurement sont confirmés de façon générale par les résultats obtenus sur le modèle linéaire.

Dans la première partie du présent travail nous avons réalisé une étude expérimentale sur la mesure des coefficients de collision et de coalescence des gouttelettes d'eau dont le diamètre se situe entre 2 um et 8um. La méthode consiste à photographier la trajectoire des gouttelettes tombant en chute libre. Les coefficients de collision sont déterminés â partir de ces photographies en mesurant la séparation et la largeur des trajectoires des gouttelettes impliquées dans les collisions. Ces photographies permettent aussi de constater si les gouttelettes se séparent ou non après la collision. Le résultat montre que la fréquence de coalescence est nulle en l'absence du champ et de la charge électrique. Dans le cas des gouttelettes neutres, cette fréquence augmente presque linéairement entre 100 et 400 V/cm et à partir de 400 V/cm elle augmente plus rapidement. Quant aux gouttelettes chargées dans un champ nul, la fréquence de coalescence est nulle si les particules portent des charges de même signe; par contre si le brouillard est composé de gouttelettes chargées de signe contraire alors la fréquence de coalescence augmente avec la valeur absolue de la charge. Cette augmentation de fréquence est relativement lente pour de faibles charges et devient plus rapide pour des charges plus grandes que 10-16C. Dans les deux cas vec champ électrique et charges électriques)il est démontré que le coefficient de coalescence est unitaire. De plus, l'ordre de grandeur du coefficient de collision est trouvé très élevé en accord avec la prédiction théorique de Sartor. Des expériences sur la collision et la coalescence sont aussi menées avec des gouttelettes surfondues et on a constaté que l'effet de la surfusion est insignifiant sur le processus de collision et coalescence. La deuxième partie de cette étude porte sur l'influence du champ électrique dans l'agrégation des cristaux de glace. Des cristaux de glace de forme hexagonale (plaquette) et ayant une dimension comprise entre 15 et 50um de diamètre sont formés par suite de l'injection de vapeur d'iodure d'argent dans un brouillard de gouttelettes surfondues. Ces cristaux laissés à eux même, tombant ensuite en chute libre à travers une région où règne un champ électrique vertical et négatif (pointé vers le bas). Des échantillons de brouillard de cristaux sont recueillis et analysés. Le résultat montre que le champ électrique favorise grandement l'agrégation des cristaux de glace. À la lumière des résultats le coefficient d'agrégation doublerait au moins sa valeur à un champ de 1000 V/cm. L'influence du champ électrique devient importante seulement à partir de 400 V/cm. De plus on a constaté aussi que le taux d'agrégation augmente en fonction du champ électrique jusqu'à une certaine limite de l'ordre de 1500 V/cm: à partir de cette valeur du champ, l'influence du champ électrique devient constante. L'existence de cette limite pourrait rendre plausible l'hypothèse disant que le champ électrique favorise plutôt l'adhésion entre cristaux que la collision des cristaux.