Contribution to the analysis of the lightning strike risk assessment of a site. Application to the Pic du Midi de Bigorre.
Contribution à l'analyse de l'évaluation du risque de foudroiement d'un site. Application au pic du midi de Bigorre.
Résumé
The main aim of this thesis is to estimate the risk of a structure or site being struck by lightning. A protection model has therefore been developed to assess the probability of impact on each part of a complex structure. This model, which is an evolution of the electro-geometric model used as a reference in protection standards, makes it possible to identify "in great detail" the most vulnerable zones of the structure, whatever the type of lightning strike. To this end, a statistical analysis of the detection network data was also carried out and integrated into the model to take into account the type of lightning strike and the geographical context. In order to validate this model, it was applied to the Pic du Midi de Bigorre site, on whose summit a set of electrical and optical diagnostics were installed. This high-altitude site has a relatively complex structure due to the presence of various buildings and a television broadcasting antenna. Experimental measurements taken at the site showed that the antenna was almost systematically struck by lightning, thus validating the results provided by the model. In addition, the various physical phenomena involved in a lightning strike on a structure at altitude were studied using instrumentation developed at the summit of the Pic du Midi de Bigorre: current probes, field sensors and a network of cameras. The various phases of a lightning strike were analyzed, based on measurements of rapid variations in the electric field. Analysis of these variations on the scale of the thunderstorm cell also highlighted the fact that discharges appearing several tens of kilometers away from the Pic du Midi can initiate an upward lightning strike on the site. Lastly, the polarity and direction of propagation (downward or upward) of these lightning strikes could be associated with their temporal characteristics and the quantities of charge consumed during their development, based on the pattern of the current flowing during a lightning strike, deduced from the video recordings of a high-speed camera.
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.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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