Le National Electric Energy Testing Research and Applications Center (NEETRAC) entame un nouveau programme afin d’améliorer le réseau national américain des transmissions et des systèmes de distribution d’électricité. Le laboratoire s’est notamment équipé d’un générateur d’impulsions à 2,2 millions de volts permettant de reproduire artificiellement la foudre. Ceci afin de tester le comportement et la résistance des composants comme les transformateurs et les interrupteurs en fonction du matériau utilisé (bois, aluminium etc…). Intégré à Georgia Tech’s School of Electrical and Computer Engineering, le centre est soutenu par 32 compagnies produisant à elles seules près de 60% de l’électricité utilisée aux USA.
La majeure partie du travail consiste à concevoir de nouveaux systèmes de sécurité afin d’assurer la fiabilité des équipements électriques et de limiter les dégâts pendant un orage. Un orage peut produire jusqu’à 100 millions de volts, ce qui est démesuré comparés aux 120 volts ou aux 240 volts utilisés pour l’alimentation traditionnelle de nos appareils électriques. Pour palier aux risques de surtension, les systèmes électroniques actuels sont équipés d’un réseau complexe de lignes isolantes, conductrices et de mise en terre. Des systèmes de sécurité plus évolués utilisent en supplément des matériaux spéciaux qui sous des conditions de tension normales ont des propriétés isolantes, mais soumises à une forte décharge peuvent devenir conducteurs en quelques microsecondes. Placés adéquatement, ils peuvent en cas de foudre conduire l’électricité vers la terre puis redevenir isolants une fois les conditions normales revenues.
L’équipe de recherche du NEETRAC dirigé par Rick Hartlein, a pour but d’optimiser le placement de ces systèmes de sécurité. "Les systèmes de sécurité anti-foudre sont relativement coûteux et une fois placés, ils induisent des coûts de maintenance. Il s’agit donc de trouver le bon compromis entre un nombre suffisant de systèmes pour protéger efficacement la structure et le coût de l’installation."
Cependant trouver la bonne optimisation n’est pas si simple car si la plupart du temps les éclairs sont formés de charges négatives, ils peuvent parfois être chargés positivement (le plus souvent en hiver). La foudre positivement chargée ionise plus fortement l’atmosphère. Elle est alors plus puissante et possède une durée de vie plus longue ce que lui permet de parcourir de plus grandes distances. Selon des chiffres publiés par le gouvernement canadien [1], on voit que la durée de demi-vie du courant d’une foudre chargée positivement est en moyenne 7 fois plus importante que celle d’une foudre chargée négativement.
Selon Ray Hill, chercheur à NEETRAC "Les foudres positivement chargées peuvent parcourir plus de 15 km avant de frapper un objet sur le sol, c’est pourquoi parfois il n’est pas possible de voir le nuage d’origine. Parce qu’elle tend à ne frapper qu’une seule fois, la foudre positive peut être plus dangereuse que les autres types de foudre, et le problème est qu’on ne s’y attend pas". Pour une bonne optimisation il faut donc prendre en compte ces risques, difficiles à prévoir, de pic de surtension. Par ailleurs, les systèmes de sécurité ne sont pas infaillibles et il peut arriver qu’un court-circuit se produise momentanément. C’est pourquoi des composants ont été insérés dans les systèmes. Lorsqu’une erreur est repérée, ils sont activés et déconnectent alors physiquement le composant fautif du reste du système de distribution.
En parallèle, le NEETRAC réalise des tests pour évaluer les performances de ces composants. A cet effet, le laboratoire est équipé de chambres permettant de les plonger dans un brouillard salé, simulant une exposition prolongée dans un milieu moite et corrosif afin d’étudier leur comportement sur le long terme. De même, une exposition aux rayons ultraviolets et aux hautes températures peut être appliquée afin de tester les capacités de résistance aux chaleurs d’été et à une longue exposition aux rayons du soleil. Ces tests sont renforcés par des simulations par ordinateurs, développées par Sakis Meliopoulos, un membre de la faculté de Georgia Tech, ceci afin de déterminer la meilleure optimisation du placement des composants sur le réseaux électrique de façon à réduire les dommages.
Ces recherches sont devenues nécessaires ces dernières années car les systèmes utilisés sont parfois très anciens (âgés de plusieurs décennies) et inadaptés aux conditions actuelles. En effet avec l’évolution de l’électronique et la miniaturisation des circuits, nos appareils électroniques sont devenus beaucoup plus sensibles aux surtensions. D’autre part de récentes études ont montré que la fréquence des orages et donc de la foudre est en nette augmentation ces dernières années et ce, dans le monde entier. Effet du changement climatique ?
Source :
– "Research Helps Protect Against Lightning Damage" : John Toon – 02/04/09 – https://www.gatech.edu/newsroom/release.html?id=2558
– "la foudre" : service canadien des forêts : https://scf.rncan.gc.ca/index/foudre-faq/5
– Le site officiel du NEETRAC : https://www.neetrac.gatech.edu/
Pour en savoir plus, contacts :
[1] https://scf.rncan.gc.ca/index/foudre-faq/5
Code brève
ADIT : 57731
Rédacteur :
Arnaud Souillé ; [email protected]
