Les cadres contreventés concentriques faits de cornières simples ou doubles sont couramment utilisés comme système de reprise des charges latérales. Dans la plupart des codes de dimensionnement parasismique modernes, une approche basée sur une application rigoureuse des principes du dimensionnement à la capacité est utilisée pour effectuer le détaillage des systèmes de reprise des charges sismiques. Pour des cadres contreventés concentriques, des déformations inélastiques sont anticipées sur les membrures diagonales pour développer un mécanisme ductile de dissipation d'énergie alors que les éléments adjacents (poutres, colonnes, connexions, ...) doivent demeurer dans le domaine élastique pour assurer une réponse stable de la structure. Dans le cas de bâtiment d’acier de faible hauteur, les cadres contreventés sont souvent dimensionnés en traction/compression. Dans cette situation, la résistance en traction des membrures diagonales, qui découle d'exigences minimales de détaillage, est généralement supérieure à la sollicitation anticipée et l’application des principes du dimensionnement à la capacité conduit à une demande sismique importante sur les éléments adjacents. Pour cette raison, lorsque des connexions boulonnées sont utilisées, celles-ci doivent habituellement être renforcées pour éviter d'obtenir des modes de rupture fragiles qui pourraient limiter la ductilité globale du bâtiment. Des études récentes ont permis de démontrer qu’il est possible d'utiliser des fusibles ductiles en vue de limiter la demande sismique dans les cadres contreventés. Les fusibles consistent en des entailles placées de façon stratégique sur les contreventements. Ce mémoire présente les résultats d'une vaste campagne expérimentale (en deux volets) visant à caractériser le comportement des cornières en acier équipées de fusibles ductiles. Les résultats démontrent qu’il est possible de limiter l’impact des entailles sur le dimensionnement des cadres lorsque celles-ci sont dimensionnées puis utilisées judicieusement. Des simulations numériques sont réalisées pour valider les comportements expérimentaux observés puis pour étendre, par la suite, la plage d'étude considérée lors de la phase expérimentale. Depuis l’ensemble de ces résultats, des équations sont proposées pour évaluer les résistances en compression, la résistance post-flambement et la résistance en traction des cornières équipées des fusibles proposés. Ces équations pourraient être utilisées pour encadrer le dimensionnement des cadres contreventés.

Le travail présenté a trait à la modélisation et à la simulation numérique des phénomènes physiques qui régissent le régime de préarc dans les fusibles. Le problème thermique est formulé en enthalpie pour décrire les différents états physiques du fusible et le problème électrique permet de décrire les grandeurs électriques et le terme source. Ce modèle prend en compte la dépendance des coefficients de transport avec la température. Les résultats du modèle 2D montrent que la durée du préarc est influencé par les paramètres du circuit et par la géométrie des sections réduites. Lorsque le fusible est soumis aux forts courants de défaut les échanges thermiques dans la lame deviennent négligeables, le temps de préarc est obtenu à partir d'un coefficient empirique utilisé par les industriels le coefficient de Meyer. La modélisation 3D a permis la validation des résultats obtenus avec lame d'argent en 2D et la modélisation des échanges thermiques entre la lame et le milieux poreux. Ces échanges thermiques (conduction et rayonnement) sont mis en évidence sous forme de conditions aux limites d'une part et d'autre part par une méthode d'homogénéisation des grandeurs du milieux poreux basé sur une valeur typique de la porosité

Ce travail s’inscrit dans le projet Fusible Ecologiquement et Economiquement Efficace destiné à la protection des onduleurs à commutation en tension (FE2E) porté par la société Mersen. Les fusibles étudiés sont constitués de lames d’argent noyées dans du sable de silice aggloméré. Lors d’un court-circuit, un arc électrique apparaît au niveau de rétrécissements dans les lames d’argent (« sections réduites »). Les coupures ultrarapides (moins de 100 microsecondes) ont été très peu étudiées. La structure formée après coupure (fulgurite) est constituée d’un canal d’arc entouré de silice fondue. C’est sur ces structures que cette étude a été réalisée.Après une étude bibliographique, un travail expérimental a été mené pour comprendre comment l’énergie de l’arc est absorbée par la matière. Des observations de coupures par radiographie in situ réalisées à l’ESRF ont permis d’établir des liens entre les phénomènes de création de fulgurite et les mesures électriques. Des observations et des mesures ont été réalisées. Elles ont conduit à établir des corrélations entre le volume, la nature et la structure de la masse isolante générée lors de la coupure et les caractéristiques électriques de l’arc. Les mesures ont en particulier permis d’obtenir des dimensions et des formes caractéristiques des zones affectées thermiquement lors des coupures aux grands di/dt.Grâce à ces informations, des modèles numériques ont été développés, avec pour objectifs de décrire la formation du canal d’arc et d’estimer l’effet du confinement de l’arc par le sable de silice. Des géométries 1D axisymétriques puis 2D ont été utilisées. L’arc électrique était considéré comme une densité de puissance et le sable comme un milieu continu équivalent. Deux cas extrêmes ont été testés, l’un dans lequel la matière vaporisée est confinée dans un canal d’arc fermé, l’autre dans lequel elle s’échappe instantanément. Cela a permis d’identifier les conséquences du confinement sur les phénomènes lors de la coupure.La corrélation entre modélisation et expérience a conduit à un modèle simple dont les résultats sont conformes aux mesures expérimentales et qui permettent de donner des éléments pour le dimensionnement des nouveaux fusibles. Les phénomènes à prendre en compte dans le futur ont été identifiés, comme la propagation de la silice liquide et l’écoulement du gaz dans le milieu granulaire et la formation de l’arc. / This work is part of a project called Environmentally and Economically Effective Fuses (FE2E) driven by the Mersen company. The studied fuses are silver blades embedded in agglomerated silica sand. In case of short circuit, an electric arc appears in shrinked parts (“notches”) of silver blades. The structure formed after the cut (fulgurite) consists in an arc channel surrounded by amorphous silica. Extremely fast cuts (less than 100 microseconds) have been poorly studied.After a bibliographical review, an experimental work was performed to understand how the arc power is absorbed by the surrounding material. Power cuts observations using in situ radiography performed at the ESRF allowed to establish links between fulgurite formation phenomena and electric measurements. Observations and measurements led to correlations between volume, nature and structure of the insulating mass generated during the power cut and electrical characteristics of the arc. In particular, these measurements provided characteristic sizes and shapes for heat affected zones during power cuts at high di/dtNumerical models were developed on this basis for describing the arc channel formation and determining the role of silica sand containment. 1D then 2D axisymmetric geometries were used. The electric arc was considered as a power source and the sand as an equivalent continuous medium. Two extreme cases were tested: when the vaporized material was confined to a closed arc channel and when it escapeed immediately from the arc channel. The results helped identify the consequences of gas containment in the arc channel during power cut.Modeling vs experience correlations led to a simple model which gives information for optimizing new fuses. Some phenomena to be taken into account in future works have been identified, such as the liquid silica penetration and gas flow in the granular packing and the early stages of arc formation.

Sur les différents calculateurs du véhicule, de plus en plus d'organes sont commandés par un interrupteur en silicium (circuit MOSFET) au lieu d'un relais. En plus de la fonction de commutation de puissance, le MOSFET peut comprendre un dispositif de mesure du courant afin de contrôler le pilotage de l'organe et/ou assurer une fonction de diagnostic. On appelle ce type de composant un commutateur intelligent de puissance ou Smart Switch. Il est aussi prévu dans le Smart Switch un dispositif de coupure du courant, en cas d'échauffement interne dû à une surintensité électrique. Avec les dernières avancées technologiques, ces composants peuvent aussi intégrer de la logique de pilotage et une interface de liaison numérique avec un microprocesseur. Cette dernière caractéristique motive lesujet de l'étude afin de définir des lois de protection améliorées contre les échauffements dus à une surintensité électrique.En effet, d’un point de vue de la protection électrique, le MOSFET a été conçu pour obtenir les mêmes caractéristiques qu’un fusible, avec la possibilité supplémentaire d’être réenclenché comme un disjoncteur. Le but est d’étudier les lois de pilotage qui pourraient permettre de mieux suivre les limites thermiques d’un conducteur électrique, en particulier dans les faibles surintensités, de façon à pouvoir diminuer le diamètre (donc le coût) des fils tout en assurant une meilleure protection face aux courts circuits impédants (courts-circuits sur une résistance un peu inférieure à la résistance nominale ducircuit, dans un rapport entre 1 et 3 par exemple). / On various vehicles Electronic Control Unit (ECU), more and more members are controlled bya MOSFET circuits instead of a relay. In addition to the power switching function, the MOSFET maymeasure the current to the steering control of the body and / or to ensure that a diagnostic function. Wecall this type of component a smart power switch or Smart Switch. It is also provided in the SmartSwitch device power failure, if the internal heating caused by electrical current. With the latesttechnology, these components can also integrate control logic and an interface for connection to adigital microprocessor. This last characteristic motivates the subject of study in order to defineimproved protection laws against overheating caused by an electrical current.Indeed, from the point of view of electrical protection, the MOSFET has been designed toachieve the same characteristics as a fuse, with the additional possibility to be reset as a circuit breaker.The aim is to study the control laws that could lead to better monitor the thermal limits of an electricalconductor, especially in low current, so as to reduce the diameter (hence the cost) of son while ensuringbetter protection against short-circuit-impedance (short circuit resistance of a little less than thenominal resistance of the circuit, in a ratio between 1 and 3 for example).