Des machines tournantes à  la simulation numérique des phénomènes électromagnétiques

1 L'électrotechnique, qui est constituée par la théorie de l'électricité et ses applications industrielles, a toujours été enseignée à  l'ecl 1. Elle a été longtemps focalisée sur les machines tournantes, à  courant continu et à  courant alternatif, les transformateurs et la conversion de l'énergie électrique en basse tension.

• 1  École Centrale de Lyon

2Dans les années soixante, Frédéric Wittling a commencé à  s'intéresser aux matériels à  plus haute tension, et il a réussi à  acquérir un générateur de choc de tension, d'énergie moyenne mais pouvant produire une surtension impulsionnelle de foudre jusqu'à  400 kV. En 1969‑1970, de jeunes enseignants-chercheurs issus de l'Ensieg 2 (Jean-Claude Sabonnadière, Philippe Auriol) sont arrivés à  l'ecl, et ont impulsé de forts développements en modélisation et simulation numérique des phénomènes électromagnétiques et des systèmes électriques.

• 2  École de l'énergie et du (...)

Vue de l'intérieur du bâtiment d'électrotechnique : bancs des machines tournantes

3En intégrant progressivement ces nouveaux moyens, les études sur les machines se sont poursuivies (Guy Grellet, puis Albert Foggia), tandis qu'un axe nouveau s'étoffait sur les méthodes numériques de calcul des champs électromagnétiques (Alain Nicolas, puis Laurent  Krähenbühl), et que les convertisseurs d'électronique de puissance faisaient leur apparition (Gérard Rojat).

Haute tension et compatibilité magnétique

4Un des développements originaux a été l'étude des réseaux haute tension, d'abord les lignes puis les matériels et appareillages. Mais l'existence du générateur de choc a incité à  réaliser des essais de tenue en tension sur des matériels de réseau, et ses limites sont vite apparues. La présence massive sur la région de grands industriels du domaine (Alsthom, Jeumont-Schneider, Merlin‑Gérin, etc.) a alors conduit les responsables du département d'électrotechnique de l'époque à  définir des équipements à  hautes performances ; et c'est ainsi qu'a été réalisé l'équipement complet d'un hall d'essais THT3, en 1979‑1980, avec des crédits publics exceptionnels.

• 3  Très Haute Tension

Vue du hall très haute tension du laboratoire Ampère

5Ce hall, de 13 mètres d'arête, a été équipé d'un ensemble d'essais Haefely, centré sur un générateur de chocs de tension de foudre ou de manœuvre jusqu'à  un million de volts avec une énergie de 50 kJ et, au début du XXI^e siècle, il n'a pas pris une seule ride ! Il a permis à  l' ecl d'avoir le premier laboratoire universitaire français disposant de moyens d'essais THT à  un tel niveau. En 2002, l'entreprise Nexans a regroupé à  Lyon ses équipes d'études et recherches, sur l'ancien site des Câbles de Lyon. Un accord de partenariat a débouché sur le don à  l' ecl d'autres moyens d'essais THT complémentaires : un plus petit générateur de chocs (200 kV‑2 kJ), un banc d'essais à  fréquence industrielle (transformateur 200kV‑50 kVA), et une station d'essais à  courant continu à  300 kV. Tous ces moyens d'essais à  très haute tension constituent ainsi à  l' ecl, en 2007, un ensemble universitaire unique en France.

Vue de l'intérieur du bâtiment d'électrotechnique : bancs des machines tournantes

6Par ailleurs, ces études théoriques et expérimentales des phénomènes transitoires dans les systèmes et matériels électriques ont conduit aussi des enseignants-chercheurs à  étudier leur environnement ; ils se sont alors intéressés à  la compatibilité électromagnétique. Et c'est ainsi que des électrotechniciens de l' ecl ont, à  la fin des années 80, lancé des recherches de CEM4, devenant ainsi les pionniers français de cette thématique dans plusieurs domaines du génie électrique (foudre, électronique de puissance) avec toujours une double approche, théorique par modélisation et simulation numérique, expérimentale par l'équipement complet en 1992 d'un site d'essais CEM (cage, antennes, générateurs, récepteurs).

• 4  Compatibilité (...)

7Toutes ces activités d'études et de recherches ont ainsi constitué le moteur des évolutions dans les enseignements d'électrotechnique à  l'ecl, élargis progressivement aux domaines plus vastes ou nouveaux du génie électrique, mais toujours en rapport avec les problématiques industrielles et sociétales.