Modélisation des surtensions générées sur un centre de production d’énergie par une agression foudre

Sujets de thèse 2013

Intitulé de la thèse
Modélisation des surtensions générées sur un centre de production d’énergie par une agression foudre
Publication du sujet sur le site de l’ABG : NON
Nature du financement : Convention CIFRE
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
EDF R&D, Laboratoire des matériels électriques, Avenue des Renardières – Ecuelles, 77 818 Moret sur Loing cedex

et

Xlim – Equipe CE – Dpt OSA – Faculté des Sciences et techniques – 123 Av Albert Thomas 87060 LIMOGES CEDEX
Laboratoire d’accueil : XLIM/OSA

Présentation de l’équipe de recherche
L’équipe CEM (Compatibilité ElectroMagnétique) est spécialisée en modélisation des couplages parasites entre une onde électromagnétique (comme la foudre, des champs forts,..) avec des structures complexes (bâtiments, aéronefs,…)

Résumé de la thèse en français
Dans le domaine de la distribution d’énergie et notamment dans le domaine nucléaire, il est important de démontrer la sécurité des infrastructures. Pour ce faire, il est possible d’effectuer des expérimentations toujours complexes et coûteuses., aussi, la simulation numérique est une alternative intéressante. Dans le cas présent, on se propose d’étudier l’effet de la foudre sur des installations de type nucléaire afin de démontrer que la sécurité des biens et des personnes est assurée.

Résumé de la thèse en anglais
In the field of energy distribution and particularly for nuclear domain, it is essential to demonstrate the safety(security) of infrastructures. To do it, it is possible to make experiments that are always complex and expensive. Also, the numerical simulation is an interesting alternative. In this case, we suggest studying the effect of the lightning on nuclear centrals if order to demonstrate that the safety of the properties and the persons is insured)

Description complète du sujet de thèse
La sûreté des centres de production d’énergie est un enjeu clé d’EDF. La foudre est considérée comme un phénomène climatique naturel qui est pris en compte dans la démonstration de sûreté de certaines installations, comme les centrales nucléaires. Lors du foudroiement d’un site, la circulation du courant de foudre est à l’origine de champs magnétiques rayonnés et de surtensions. Les surtensions véhiculées sur le site impactent à la fois la sécurité des personnes (tensions de pas, tensions de toucher) et le bon fonctionnement des équipements (surtensions conduites et induites sur les câbles d’alimentation). Le travail de thèse proposé se concentrera principalement sur ce dernier point qui sera traité à l’aide d’outils numériques.

Les outils de simulation numérique classiques sont généralement suffisants si l’on considère séparément chacun des éléments susceptibles d’être le siège d’une surtension. En revanche, si l’on souhaite traiter le problème dans sa globalité (coup de foudre sur un site industriel et impact au niveau d’un câble entre deux bâtiments), l’aspect fortement multi-échelle de l’étude devient problématique en termes de temps de calcul et de capacité de la méthode numérique à représenter des structures complexes avec différents niveaux de détails. Récemment de nouvelles méthodes ont vu le jour pour traiter de manière optimale ce genre de problèmes. Elles sont basées sur une hybridation de différentes méthodes de calcul permettant d’adapter la méthode numérique utilisée à chaque élément considéré 1,2]. Ces méthodes pourront être utilisées pour développer une méthodologie de calcul permettant d’évaluer les surtensions générées en cas de coup de foudre sur un site industriel.

L’objectif final de la thèse sera de disposer d’un outil de calcul validé permettant d’évaluer avec une incertitude maîtrisée les surtensions apparaissant sur les câbles en entrée des équipements pour différentes configurations types. Ce calcul implique la connaissance en amont des surtensions au niveau des bâtiments et du réseau de terre. Dans un premier temps, il sera nécessaire de maîtriser le calcul des surtensions au niveau de chacun des trois éléments principaux (réseau de terre, bâtiment, câble) et d’identifier les paramètres influant ce calcul. La validation du calcul sera effectuée par confrontation avec d’autres méthodes numériques de calcul utilisées par la communauté scientifique pour des études similaires et lorsque cela est possible par comparaison avec des mesures. Des outils statistiques pourront être utilisés pour quantifier l’influence de chaque paramètre. Une fois le calcul validé pour chaque élément et la connaissance de l’influence des différents paramètres étudiée, plusieurs cas d’études types pourront être définis afin de traiter le problème dans sa globalité. Les marges d’erreur des modèles proposés seront évaluées.

Cette thèse CIFRE s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire XLIM de l’université de Limoges et le laboratoire des matériels électriques (LME) d’EDF R&D.

Objectifs scientifiques de la thèse
Démonstration que l’outils numérique est capable d’entrer dans la phase de prédiction de la sécurité d’infrastructures de types centrales nucléaires. Des simulations théoriques avec un outil numérique de type FDTD développé au laboratoire seront effectuées. Des comparaisons théorie expéri- mentation permettront de valider la simulation numérique.

Compétences à l’issue de la thèse
Connaissances dans le domaine de la Compatibilité Electromagnétique
Effets de la foudre, connaissance du perturbateur foudre.
Connaissance en simulation numérique utilisant des outils électromagnétiques
Connaissances dans le domaine de la production et distribution d’énergie et notamment des centrales nucléaires

Mots clés (séparés par des virgules)
CEM, foudre, centrales nucléaires, EDF
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Expérience/profil souhaité(e)
Master 2 en électronique ou électrotechnique-
Ecole d’ingénieur électronique ou électrotechnique

Modalité de dépôt des candidatures
Envoyer un mail ou contacter
Alain Reineix responsable de l’équipe CEM de Xlim:

Directeur de thèse
Alain Reineix coté laboratoire Xlim
Céline Miry et Emmanuel Amador coté EDF
Adresse mail du directeur de thèse : [alain.reineix@xlim.fr

Téléphone Directeur de thèse : 05 55 45 73 54

Co-directeur de thèse
Céline Miry et Emmanuel Amador (ingénieurs EDF)
Adresse mail du co-directeur de thèse : : emmanuel.amador@edf.fr celine.miry@edf.fr
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : NON
Thèse pour Action transverse : NON

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