Etude du comportement de l’arc électrique dans la préchambre et chambre d’un disjoncteur basse tension

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des travaux menés au sein de l'équipe Arc Électrique et Procédés Plasma Thermique (AEPPT) et porte sur la compréhension et la modélisation du comportement de l'arc électrique dans les disjoncteurs basse tension. Bien que ces dispositifs soient largement maîtrisés sur le plan industriel, l'évolution des exigences en matière de fiabilité, de durabilité et de compacité rend nécessaire une meilleure compréhension des mécanismes physiques gouvernant la coupure du courant. L'objectif principal de ce travail est le développement d'un modèle numérique tridimensionnel magnétohydrodynamique (MHD) capable de décrire de manière cohérente l'évolution de l'arc électrique depuis son apparition entre les contacts jusqu'à sa segmentation dans la chambre de coupure. Le modèle intègre les principaux phénomènes physiques intervenant lors de la coupure : effets électromagnétiques, hydrodynamiques, thermiques et électriques. Il prend également en compte la cinématique réelle du contact mobile ainsi que le couplage avec un circuit électrique externe, permettant de représenter la limitation du courant. Dans un premier temps, des géométries simplifiées ont été étudiées afin d'identifier les paramètres influençant la dynamique de l'arc, tels que le nombre de séparateurs, leur épaisseur et les conditions d'échappement des gaz. Ces études ont mis en évidence le rôle central de la distribution de pression dans la chambre et la compétition entre les forces de Lorentz et les forces de pression. Le modèle a ensuite été enrichi par l'intégration de nouveaux modules visant à améliorer sa représentativité vis-à-vis d'une chambre de coupure réelle. En parallèle, un dispositif expérimental dédié a été développé. Une maquette modulaire, associée à des mesures électriques et à des observations par caméra rapide, a permis de confronter les résultats numériques à l'expérience. Les essais ont montré une influence marquée de la géométrie de la chambre sur la dynamique de l'arc et ont mis en évidence la présence de vapeurs métalliques jouant un rôle important dans la conductivité du plasma et les phénomènes de reclaquage. La confrontation modèle-expérience montre que le modèle reproduit de manière cohérente les grandes étapes de l'évolution de l'arc ainsi que les tendances globales des grandeurs électriques, malgré certains écarts attribués à l'absence de phénomènes encore non pris en compte, tels que les vapeurs métalliques ou les incertitudes sur les conditions initiales. Ce travail constitue une avancée significative vers un outil prédictif du comportement de l'arc et ouvre des perspectives pour une conception assistée par simulation numérique des futures chambres de coupure.