Th. doct.--Paris 11, 1995. / Bibliogr. p. 175-179. Résumé en français et en anglais.

Résumé d'une: Thèse de doctorat--Electricité--Uppsala, 2000. / Notes bibliogr.

Th. doct.--Paris 11, 1996. / Autre forme du titre : "Foudroiement d'une structure au sol" Bibliogr. p. 177-181. Résumé en français et en anglais.

Thèse de doctorat : Dispositifs de l'Electronique Intégrée : Villeurbanne, INSA : 2000. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 207-211.

Thèse de doctorat : sciences. Génie électrique : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2007. / 138 réf.

Thèse de doctorat : sciences. Génie électrique : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. 138 réf.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la compatibilité électromagnétique et de la caractérisation des sources de perturbations d'origine naturelle, dont fait partie la foudre. Notre objectif était, pour notre part, de caractériser aussi précisément que possible le rayonnement engendré par une décharge de foudre afin de constituer des modèles utilisables pour prévoir les effets induits. A ces fins, notre travail s'est décomposé de la façon suivante :<br />* Tout d'abord, nous nous sommes attachés à constituer une base de données en réalisant, lors de la campagne de foudre déclenchée de Saint-Privat-d'Allier, des mesures de champ électromagnétique et de courant induit sur une ligne triphasée moyenne tension expérimentale de transport. Cependant, la lourdeur de ce type d'expérimentation nous a amenés à l'étude du phénomène en laboratoire.<br />* Nous avons donc utilisé ensuite l'analogie partielle qui existe entre la foudre et les grandes étincelles de laboratoire pour définir un moyen d'essais moins contraignant. Il est apparu que les simulations en laboratoire haute tension sont satisfaisantes dans la mesure où elles permettent l'étude de certaines phases de la décharge pratiquement inaccessibles en foudre naturelle ou déclenchée, telles que la propagation du précurseur vers le sol. Cependant, il existe quelques limites à ce type d'expérimentation qu'il ne faut pas négliger et qui rendent complémentaires ces deux moyens de mesures.<br />* Enfin, nous nous sommes intéressés à l'aspect modélisation du rayonnement de la foudre en recensant les principaux modèles existants et en les testant dans le cadre des champs proches (distance à la décharge inférieure à 500 mètres). Cette étude numérique a permis de préciser les limites de ces modèles et leur sensibilité par rapport à certains paramètres de la décharge ou de la modélisation.

Le but principal des travaux dont fait l’objet cette thèse, consiste à estimer le risque de foudroiement d’une structure ou d’un site. Un modèle de protection a donc été développé afin d’évaluer les probabilités d’impact sur chaque partie d’une structure complexe. Ce modèle, qui est une évolution du modèle électrogéométrique servant de référence dans les normes de protection, permet notamment d’identifier « très finement » les zones les plus vulnérables de cette structure, quel que soit le type de coup de foudre. À cet effet, une analyse statistique des données du réseau de détection a également été menée et intégrée au modèle pour tenir compte du type de coup de foudre ou encore du contexte géographique. Dans le but de valider ce modèle, celui-ci a été appliqué au site du Pic du Midi de Bigorre, au sommet duquel un ensemble de diagnostics électriques et optiques a été installé. Ce site en altitude présente une structure relativement complexe de par la présence de divers bâtiments et d’une antenne de télédiffusion. Les mesures expérimentales recueillies sur ce site ont mis en évidence le foudroiement quasi systématique de cette antenne, validant ainsi les résultats fournis par le modèle. Par ailleurs, les différents phénomènes physiques mis en jeu lors du foudroiement d’une structure en altitude ont été étudiés grâce à l’instrumentation développée au sommet du Pic du Midi de Bigorre : sondes de courant, capteurs de champ et réseau de caméras. Les différentes phases d’un coup de foudre ont notamment été analysées à partir des mesures des variations rapides du champ électrique. L’analyse de ces variations à l’échelle de la cellule orageuse a également mis en évidence le fait que des décharges apparaissant à plusieurs dizaines de kilomètres du Pic du Midi peuvent initier un coup de foudre ascendant sur le site. Enfin, à partir de l’allure du courant écoulé lors d’un coup de foudre, déduite des enregistrements vidéo d’une caméra rapide, la polarité et le sens de propagation (descendant ou ascendant) de ces coups de foudre ont pu être associés à leurs caractéristiques temporelles et aux quantités de charges consommées au cours de leurs développements. / The main purpose of this thesis work is to estimate the risk of a structure or a site being struck by lightning. A lightning protection model was developed with the aim to calculate the impact probability on every part of a complex structure. This model is an evolution of the electrogeometric model used as a reference in the lightning protection standards. In particular it allows identifying the most vulnerable areas of the structure, regardless of the type of lightning. To this end, a statistical analysis of the detection network data was also conducted and integrated in the model to take into account the type of flash or the geographical context. In order to validate this model, it was applied to the site of the Pic du Midi de Bigorre, at the top of which several electrical and optical diagnostics were installed. This site in altitude has a relatively complex structure because of the presence of various buildings and a broadcast antenna. The experimental measurements collected on this site show that the broadcast antenna is struck almost systematically which is in line with the results provided by the model. In addition the different physical phenomena involved during a lightning strike on a structure in altitude were studied using the instrumentation developed at the top of the Pic du Midi de Bigorre: current probes, electric field sensors and video cameras. In particular the different phases of a flash were analyzed from the measurements of the electric field variations. The analysis of the latters at the storm cell scale also highlighted the fact that flashes occurring to tens of kilometers from the Pic du Midi can initiate an upward flash on the site. Finally, the lightning current shape was deduced from video recordings of a high-speed camera. Thus the polarity and the propagation direction (upward or downward) of these flashes were associated with their temporal characteristics and with the charges consumed during their development.

Ce travail s'inscrit dans une problématique de mise en œuvre et d'étude d'un revêtement conducteur polymère extrinsèque pour la protection foudre des structures aéronautiques de type composite polymère renforcé fibres de carbone (CFRP). Le revêtement est composé d'une matrice poly(époxy) haute performance bi-composant fluide à température ambiante et de fils submicroniques d'argent à haut facteur de forme (AgNWs) obtenus par un procédé polyol. Une attention particulière a été portée à l'étude de l'influence des AgNWs sur la modification de la cinétique de réticulation du système, sa structure physique et sa mobilité moléculaire. La mesure des niveaux de conductivité volumique et surfacique du revêtement met en avant un seuil de percolation électrique pour un taux volumique en AgNWs inférieur à 1%. Une approche originale permettant la détermination des mécanismes de conduction a été effectuée au moyen des mesures de densités de courant imposées dans le revêtement en fonction du taux de charge en AgNWs et de la température. L'analyse du comportement électrique des échantillons aux valeurs critiques de densités de courant a permis d'appréhender les phénomènes responsables des mécanismes de dégradation. Enfin des essais foudres ont été effectués sur des substrats représentatifs d'une structure aéronautique avec différents types de protection foudre. L'analyse des échantillons par ultrasons après essais foudres a mis en avant l'efficacité du revêtement composite polymère conducteur poly(époxy)/AgNWs développé pour lutter contre le délaminage structurel du CFRP. / This work deals with the processing and the study of an extrinsic conductive polymer coating for the lightning strike protection of the aircraft carbon fibre reinforced polymer (CFRP) structural parts. The coating consist in a low viscosity bi component high performance poly(epoxy) matrix and silver submicronic wires with a high aspect ratio (AgNWs) obtained by a polyol process. The kinetic parameters, the physical structure and the molecular mobility of the matrix had been investigated as a function of the filler content. The surface and bulk conductivities had been measured as a function of filler content. It exhibits a percolation threshold below 1% in volume. The conduction mechanisms had been studied following an uncommon method of current density measurement as a function of the AgNWs content and the temperature. The critical electrical behaviour of each sample had been investigated through the current density method. It has permitted to understand the phenomenon responsible for the composite's degradation. Finally, lightning strike tests on representative configurations had been carried out. The ultrasonic inspections have highlighted the efficiency of the poly(epoxy)/AgNWs coating to avoid the structural delamination of the CFRP.

La propagation des impulsions laser ultra brèves dans l'air se fait sous la forme de structures d'une centaine de micromètres de diamètre appelées filaments, qui ont entre autres les propriétés d'être autoguidées, de se propager sur plusieurs centaines de mètres, de générer un continuum de lumière blanche, etc. Ces propriétés originales trouvent de nombreuses applications dans le domaine de la télédétection des polluants par mesures lidar, le déclenchement et le guidage de la foudre par laser, le LIBS à distance, etc.Au cours de mon travail de thèse, nous avons mené de nombreuses expériences de laboratoire et sur terrain dans le cadre du projet Tera mobile. Nous avons en particulier étudié la géométrie de la filamentation, sa robustesse dans une région de turbulence étendue, la propagation verticale d'un faisceau d'impulsions ultra brèves dans un régime multi joules, et des applications atmosphériques de la filamentation. Nous avons par exemple caractérisé la distribution angulaire de l'émission conique dans le visible et dans l'ultraviolet. Nous avons également prouvé que la turbulence atmosphérique n'est pas un facteur limitant de la propagation des filaments qui arrivent même à garder leurs propriétés spectrales nécessaires aux applications atmosphériques. Enfin nous avons illustré une méthode de déclenchement et de guidage de foudre par laser et réalisé une expérience de condensation de gouttelettes d'eau assistée par laser en laboratoire ainsi que dans une atmosphère réelle.