Les vibrations éoliennes sont la cause principale de bris de conducteurs en fatigue des lignes aériennes de transport d'énergie électrique. Ces vibrations sont dues à des détachements tourbillonnaires produits dans le sillage du conducteur. Une méthode commune de réduction des vibrations est l'ajout d'amortisseurs de vibrations près des pinces de suspension. Contrairement aux essais en ligne expérimentale, la modélisation numérique permet d'évaluer rapidement et à faible coût la performance d'un amortisseur de vibration sur une portée de ligne aérienne. La technologie la plus fréquemment utilisée fait appel au principe de balance d'énergie (PBE) en évaluant le niveau de vibrations pour lequel la puissance injectée par le vent est égale à la puissance dissipée par le conducteur et l'amortisseur. Les méthodes actuelles pour la prédiction des vibrations reposent sur des hypothèses simplificatrices quant à la modélisation de l'interaction conducteur-amortisseur. Une approche prometteuse pour la prédiction des vibrations est l'utilisation d'un modèle numérique temporel non linéaire qui permet de mieux représenter la masse, la géométrie, la rigidité et l'amortissement du système. L'objectif principal de ce projet de recherche est de développer un modèle numérique avec intégration temporelle directe d'un conducteur et d'un amortisseur en vibration permettant de reproduire le comportement dynamique du système pour la gamme de fréquence et d'amplitude typique des vibrations éoliennes des conducteurs. Un modèle par éléments finis d'un conducteur seul en vibration résolu par intégration temporelle directe a d'abord été développé en considérant une rigidité de flexion variable. Comme une rigidité de flexion constante et égale à 50% de la rigidité de flexion maximale théorique ( EImax ) est jugée adéquate pour la modélisation du conducteur, c'est cette valeur qui a été utilisée pour la suite du projet. Ensuite, des modèles non-linéaires pour deux types d'amortisseur de vibrations (Stockbridge et Hydro-Québec) ont été développés. Ces modèles reproduisent adéquatement le comportement dynamique des amortisseurs pour une grande gamme de fréquences et d'amplitudes de déplacement. Finalement, les modèles d'amortisseur ont été intégrés au modèle de conducteur et uil nouvel outil de prédiction de vibrations éoliennes basé sur le principe de balance d'énergie (PBE) a été développé. Celui-ci permet de bien reproduire des àmplitudes de vibration mesurées sur une ligne expérimentale, en particulier dans la gamme 8 à 35 Hz. À plus long terme, un tel modèle pourrait servir de point de départ vers une modélisation temporelle complète du phénomène de vibrations éoliennes des conducteurs incluant l'excitation éolienne, l'auto-amortissement des conducteurs et des conditions limites réalistes pour les lignes aériennes.

La particularité des systèmes xDSL (Digital Subscriber Line) et CPL (Courants Porteurs en ligne) est de réutiliser des supports de transmission existants, à savoir l'infrastructure téléphonique et le réseau électrique domestique. Ces deux techniques présentent ainsi l'avantage d'optimiser l'utilisation de ces media de communication. Néanmoins les supports filaires utilisés n'étaient pas initialement destinés à la transmission d'informations à haut débit et des problèmes de Compatibilité Electromagnétique (CEM) se posent inévitablement. Dans ce contexte, ce travail de thèse étudie les problèmes de CEM dans les réseaux filaires supports des hauts débits, à partir des caractéristiques physiques des supports de transmission. Des solutions innovantes sont proposées pour la réduction de la diaphonie dans les réseaux téléphoniques multifilaires transportant les signaux xDSL; puis pour l'amélioration de la fonction de transfert du réseau électrique domestique, support des CPL.

La seconde génération de rubans supraconducteurs utilisant une couche déposée et épitaxiée de supraconducteur YBa2Cu3O7-x (YBCO) est étudiée de façon intense (coated conductors). Une architecture simple à bas coût a été choisie, avec une seule couche tampon de La2Zr2O7 (LZO), épitaxiée sur un ruban de Ni95W5 texturé bi-axialement. L'objectif de cette thèse était d'identifier les paramètres pertinents du processus de texturation sur des rubans d'alliage Ni95W5 laminés par APERAM à partir d'une coulée industrielle et ceux contrôlant l'épitaxie de la couche tampon de (LZO). Le rôle de la fonctionnalisation du substrat pour l'épitaxie de cet oxyde sur la surface du métal a été en particulier étudié. Parallèlement, la faisabilité d'un procédé de recuit de texturation et de fonctionnalisation du substrat métallique au défilé, en vue d'un traitement continu pour un développement industriel, a été étudiée.

Après avoir présenté les différentes méthodes de mesures des paramètres de propagation dans les câbles d’énergie électrique, nous justifions notre choix de faire la mesure de ces paramètres jusqu'à 100 MHz à l’aide d’un impédance-mètre. Nous validons ensuite la méthode de mesures et d’estimations des différents paramètres sur un câble de référence (câble 50 Ω). Cette phase nous a conduits à développer une méthode originale d’estimation des paramètres de propagation qui permet de s’affranchir des artefacts de mesures. Nous présentons ensuite une étude comparative sur des câbles secteurs répondant aux mêmes normes électriques. Cette étude met en évidence la variabilité des paramètres de propagation : d’un fabricant à l’autre (utilisation de diélectriques différents), pour des types de conducteurs différents (rigide : U1000 R02V versus flexible : H07VVF), pour des sections différentes (1.5 mm² et 2.5 mm²). Pour une modélisation optimale, on doit disposer des paramètres de propagation des câbles propres à l’installation étudiée. De plus, ces paramètres ne doivent pas être modifiés lors de l’installation (à proximité d’un conducteur : chemin de câble, en effectuant des boucles,…).La dernière partie commence par présenter les différents types de bruits présents sur le canal CPL (bruits temporels et bruits fréquentiels). Cette partie nous permet de présenter une méthode originale d'estimation du bruit de fond du canal moins sensible aux brouilleurs fréquentiels. Nous comparons, ensuite, les mesures de propagations de signaux effectuées sur plusieurs réseaux simples avec des résultats de simulation (utilisation de matrices de chaîne). Cette comparaison valide la méthode de mesures et d’estimation des paramètres de propagations, ainsi que la modélisation d’un réseau électrique simple. Enfin cette étude montre les limites de cette modélisation dans le cas d’une installation réelle. En effet, elle ne prend pas en compte par exemple : les « paramètres d’installations », ni les phénomènes de rayonnement. / After presenting the different methods to measure the power line cables propagation parameters, we justify our choice to measure these parameters up to 100 MHz using an impedance meter. Then, we validate the method of measurements and estimate these parameters on a reference cable (50 Ω cable). This phase has led us to develop a novel method for estimating propagation parameters that can overcome the measure artifacts. Afterwards, we present a comparative study on power line cable responding to the same electrical standards. This study highlights the variability of propagation: one manufacturer to another (using different dielectric), for different types (rigid versus flexible: U1000 R02V / H07 VVF) for different sections (1.5 mm² 2.5 mm²). For an optimal model is therefore essential to have the propagation parameters for the specific cable installation studied. Moreover, the grid should not be changed during installation (near the driver: cable trays, performing loops ...).The final section begins by presenting the different types of noise present on the PLC channel (time-domain and frequency-domain noise). This part allows us to present an original method for estimating the background noise of the channel less sensitive to frequency-jammers. We compare measurements on several simple network topologies with simulation results (using chain matrices). This comparison allows us to validate the method of measurement, the power line cable propagation parameter estimation, and a simple grid model. Finally, this study shows the limits of this model in the case of an actual installation. Indeed, it does not take into account e.g. the “installation parameters” or the phenomena of radiation.

La seconde génération de rubans supraconducteurs utilisant une couche déposée et épitaxiée de supraconducteur YBa2Cu3O7-x (YBCO) est étudiée de façon intense (coated conductors). Une architecture simple à bas coût a été choisie, avec une seule couche tampon de La2Zr2O7 (LZO), épitaxiée sur un ruban de Ni95W5 texturé bi-axialement. L’objectif de cette thèse était d’identifier les paramètres pertinents du processus de texturation sur des rubans d’alliage Ni95W5 laminés par APERAM à partir d’une coulée industrielle et ceux contrôlant l’épitaxie de la couche tampon de (LZO). Le rôle de la fonctionnalisation du substrat pour l’épitaxie de cet oxyde sur la surface du métal a été en particulier étudié. Parallèlement, la faisabilité d’un procédé de recuit de texturation et de fonctionnalisation du substrat métallique au défilé, en vue d’un traitement continu pour un développement industriel, a été étudiée. / The second generation of superconducting tapes using a deposited layer and epitaxialsuperconductor YBa2Cu3O7-x (YBCO) is studied intensively (coated conductors). A simple lowcostarchitecture was chosen, with one buffer layer La2Zr2O7 (LZO), epitaxially grown on aribbon of biaxially textured Ni95W5. The aim of this thesis was to identify the relevant processparameters texturing ribbons Ni95W5 alloy rolled by APERAM from an industrial casting, andthose controlling the epitaxial buffer layer (LZO). The role of the functionalization of thesubstrate for epitaxy of the oxide on the metal surface has been particularly studied. Meanwhile,the feasibility of an annealing process and functionalization texturing of the metal substrate rollto roll, in view of a continuous treatment for an industrial development, was studied.

Le travail de cette thèse porte sur l'étude des pertes AC dans les supraconducteurs pour des applications tels que les câbles ou les aimants. Les modélisations numériques rapportées sont de type éléments-finis et méthode intégrale. Toutes ces méthodes visent à résoudre à calculer les distributions de densité de courant et de champ magnétique en prenant en compte différents loi de comportement pour le supraconducteur. Deux conducteurs sont introduits dans ce mémoire. Tout d'abord, les supraconducteurs à haute température critiques sont étudiées avec l'introduction d'une nouvelle forme de conducteur (fils cylindriques) et sont envisagés pour des câbles fort courant de 3~kA. Dans un second temps, des simulations numériques 3-D sont réalisés sur un conducteur MgB2. Le chapitre suivant traite des contraintes de calculs des pertes dans le but de dimensionner l'ensemble des pertes d'un câble complet. Enfin, les modèles numériques développés précédemment sont utilisé sur un exemple concret : le démonstrateur 10~kA fait à l'aide du conducteur MgB2 dans le projet BEST-PATHS / The work reported in this PhD deals with AC losses in superconducting material for large scale applications such as cables or magnets. Numerical models involving FEM and integral methods have been developed to solve the time transient electromagnetic distributions of field and current density with the peculiarity of the superconducting constitutive E-J equation. Two main conductors have been investigated for two ranges of superconducting cables. First, REBCO superconductors working at 77 K are studied and a new architecture of conductor (round wires) for 3~kA cables. Secondly, for very high current cables, 3-D simulations on MgB2 wires are approach and solved using FEM modeling. The following chapter introduced new development used for the calculation of AC losses in DC cables. The thesis ends with the use of the developed numerical model on a practical example in the BEST-PATHS project: a 10 kA MgB2 demonstrator.

Dans la perspective de l’aéronef « plus électrique », l’augmentation de puissance électrique embarquée se traduit par une augmentation de tension. Les tensions envisagées aujourd’hui sont inférieures à 1000 V DC. Mais des valeurs plus élevées peuvent être considérées pour le futur. Il est donc indispensable d’étudier les dégradations prématurées induites par cette élévation de tension sur les équipements existants. Ce travail de thèse, portant spécifiquement sur les câbles aéronautiques, constitue une contribution à cette étude. Les câbles examinés, constitués d’une âme multibrins sur laquelle sont rubanées des couches de PTFE et PI, ont subi différents vieillissements accélérés thermiques statiques et dynamiques, sous humidité, et ce sans ou avec contrainte électrique. Certains vieillissements ont été effectués sur une durée supérieure à 9000 heures. Les décharges partielles (DP) ont été étudiées sur ces câbles en termes de tension d’apparition PDIV et RPDIV. Ces DP peuvent intervenir à l’extérieur ducâble mais également à l’intérieur (pour des tensions plus élevées) dans les interstices d’air entre l’isolant et les brins conducteurs. Cette localisation a été confirmée par un modèle électrostatique. L’effet du vieillissement n’a pu être constaté que sur les décharges internes, avec dans certains cas une réduction significative des valeurs de RPDIV.Des analyses physicochimiques du système d’isolation électrique ont été effectuées ainsi que des radiographies par rayons X. Des modifications chimiques des interfaces du système d’isolation interviennent au cours des vieillissements. Pour les vieillissements les plus poussés (après 9000h sous contrainte thermique à 240°C), ces modifications résultent en la formation de cavités où des DP peuvent prendre place. Enfin, des mesures électrostatiques de potentiel de surface (déclin et retour après neutralisation) ont mis en évidence, bien avant l’observation de cavités, une augmentation de conductivité d’une des couches de l’isolation. / In future "more electric" aircraft, the increase in on board electrical power will result in an increase in voltage. The voltages envisaged today are lower than 1000 V DC, but higher values can be considered in the medium to long term. It is therefore essential to study possible premature degradation of existing equipment induced by this rise in voltage. This thesis work, specifically on aeronautical cables, is a contribution to this goal. The examined cables, consisting of a multi-stranded core on which PTFE and PI layers are wound, have undergone various static and dynamic accelerated thermal aging, under humidity, without or with electrical stress. Aging has been carried out in some cases for more than 9000 hours. Partial discharges (DP) were studied on these cables in terms of the appearance voltage PDIV and RPDIV. These DPs can occur outside the cable but alsoinside (for higher voltages) in the air gaps between the insulation and the conductive strands. This location has been confirmed by an electrostatic model. The effect of aging was only found in the case of internal discharges, with in some cases a significant reduction in RPDIV values.Physicochemical analyses of the electrical insulation system were carried out as well as x-ray radiography. Chemical modifications of the interfaces of the insulation system occur during aging. For the most advanced aging (after 9000h under thermal stress at 240°C), these changes result in the formation of cavities where DP can then take place. Finally, electrostatic measurements of surface potential (decline and return after neutralization) have shown, well before the observation of cavities, an increase in conductivity of one of the layers of the insulation.

Le boulonnage et le câblage à ancrage réparti sont deux techniques de renforcement du terrain couramment utilisées dans l'industrie minière et dans le génie civil. Au fil de cette recherche, on s'intéresse à la réponse de ces éléments sous des sollicitations axiales de traction, en régime statique. Dans ces conditions, l'expérience montre que la rupture se produit le plus fréquemment à l'interface barre-scellement via un processus de décohésion qui commence dès que la force sur la barre atteint une valeur limite. L'objectif est de mieux comprendre le comportement de cette interface, avant et après rupture. Premièrement, on revoit l'état de l'art afin de comprendre le travail effectué et les aspects non maîtrisés à ce jour. Deuxièmement, on décrit des outils analytiques qui permettent de comprendre la réponse d'un boulon ou d'un câble à ancrage réparti soumis à une force de traction. Ensuite, on présente les études expérimentales menées en laboratoire et in situ. Des essais d'arrachement ont été effectués pour déterminer les principaux facteurs qui régissent la réponse de l'interface. Finalement, on analyse les résultats des essais effectués en laboratoire sur les boulons. Après l'obtention des variables nécessaires, on propose un modèle semi-empirique d'interface, qui devra être validé par des essais complémentaires. Cette perspective et d'autres améliorations sont également présentées.

Les travaux de cette thèse portent sur un insert dipolaire de supraconducteur à haute TC (SHT) en utilisant un câble multi-rubans torsadé pour un accélérateur des particules dans le cadre du projet EuCARD2 au CERN. L’insert dipolaire SHT est la seule possibilité aujourd'hui pour aller au-dessus de 16 T pour le futur accélérateur des particules à haute énergie. Deux spécifications de cet insert SHT sont les grands courants de fonctionnement (> 10 kA) et les champs de fond élevés (> 13 T) conduisant à des conditions de fonctionnement sévères. Pour répondre à ces attentes, un premier insert SHT de multi-rubans torsadé/ type de bloc est proposé sur la base des approches analytiques, numériques et expérimentales. Les travaux sont principalement classés dans le design d’insert dipolaire et le design de câble multi-rubans torsadé. Cette thèse se terminée avec la meilleure solution pour l’insert SHT de multi-rubans torsadé/ type de bloc en utilisant le câble partiellement isolé. / This Ph.D. deals with a high Tc superconducting (HTS) dipole insert using a twisted stacked cable for a particle accelerator in the framework of EuCARD2 project in CERN. The HTS dipole insert is the only possibility today to go above 16 T for the future high-energy particle accelerator. Two specifications of these HTS insert are large operating currents (> 10 kA) and high background fields (> 13 T) leading to severe operating conditions. To meet these expectations, a first Twisted Stacked/ Block-type HTS insert is proposed based on analytical, numerical and experimental approaches. The works are mainly classified into dipole insert design and twisted stacked cable design. This Ph.D. ends with the best solution for Twisted Stacked/ Block-type HTS insert using partially-insulated cable.

La connaissance de la tension dans les câbles de pont est un élément de diagnostic important, tant à l'échelle du câble qu'à celle de l'ouvrage dont il fait partie.Le présent travail de thèse propose une méthode d'évaluation de la tension parméthode inverse à partir d'une formulation variationnelle mixte de câble géométriquement exact permettant de coupler simplement et à bas coût un modèle universel de câble et des capteurs d'utilisation courante tels que des jauges de déformation et des capteurs de déplacement. Contrairement à de nombreuses méthodes existantes, la méthode pésentée ne nécessite pas une connaissance fine des paramètres du câble pour évaluer sa tension.Les choix de modélisation faits sont motivés par une étude approfondie des différentes typologies des câbles présents sur ouvrage et par une étude bibliographique qui tente de synthétiser l'immense littérature disponible dans le domaine des câbles. La modélisation retenue est issue de la théorie des lignes déformables des frères Cosserat, dont nous présentons les variantes avec et sans rigidité de flexion.Les moyens d'essai utilisés pour la validation expérimentale de la méthode mise au point ont été conçus et réalisés au cours du présent travail. Le montage expérimental imaginé permet d'appliquer la méthode inverse sur un câble montoron multicouches de 21 m de long et 22 mm de diamètre. Les essais sont réalisés à 6 différents niveaux de tension échelonnés par paliers de 30 kN de 55 kN à 205 kN. Ils montrent l'efficacité de la méthode sur le câble testé et la pertinence de son déploiement à venir sur d'autres typologies de câbles / Knowledge of the tension in bridge cables is important not only to diagnostic the cable itself but also the construction it belongs to.The work presented in this thesis proposes to evaluate the tension of a geometrically exact cable using a static inverse method from a mixed variational formulation, by coupling simply and cheaply a universal cable model with usual sensors, such as displacement sensors and strain gauges. Contrarily to existing methods, a good knowledge of the cable's parameters, such as it length or weight per unit length, is not required.Combining a thorough study of various cable typologies encountered on bridges and the vast amounts of material available in the bibliography covering cables, lead to the modeling following the elastic theory of rods developed by the Cosserat brothers, François and Eugène, elaborating on their theory of rods with and without flexural stiffness.The experimental apparatus, designed and built in the course of this study, allowed to successfully validate the developed inverse method on a multilayered strand cable 21 m long and 22 mm in diameter at several tension levels. The universal aspect of the model introduced and its successful validation encourages its implementation to other cable typologies