Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les ouvrages soumis à des conditions climatiques hivernales sont susceptibles de recevoir une accumulation de glace pouvant nuire à leur intégrité ou à leur fonctionnement. Le travail présenté ici s'inscrit dans l'ensemble de l'analyse des données fournies par le système de mesure installé au site du Mont-Valin (Québec) et qui vise à étudier les caractéristiques des dépôts de glace sur différents types de conducteurs électriques, sans tension électrique, de courte et moyenne portées (35 et 100 m ). L'objectif de cette étude est d'analyser la validité des valeurs expérimentales recueillies, de les utiliser pour identifier des exemples typiques des différents modes de délestage <réduction de la charge de glace sur un câble), et d'approfondir l'étude d'un de ces modes.

On rappelle quelques caractéristiques sur le givrage des câbles:

L'évolution d'un événement de givrage se déroule généralement sur trois phases? une phase d'accumulation, une phase d'endurance et une phase de délestage.

Trois grands types de glace sont identifiés selon 1'apparence de la glace et sa densité. Ce sont le givre léger, le givre dur et le verglas. La glace déposée sur un câble tend à prendre une forme intermédiaire entre celle d'un manchon circulaire et celle d'un manchon elliptique.

Les différents types de délestage décrits sont le délestage par fonte, caractérisé par une température ambiante positive, le délestage par sublimation, caractérisé par une température négative et un faible taux de décroissance de la charge de glace, et enfin, le délestage par bris mécanique de la glace caractérisé par une température négative et un fort taux de décroissance de la charge de glace.

On présente ensuite les conditions expérimentales. L'installation du Mont?Valin comprend quatre types de câbles ou groupe de câbles. Les conditions météorologiques ainsi que le poids de glace obtenu grâce aux cellules de charge fixées à une extrémité de chaque câble sont enregistrés localement puis transmis quotidiennement au centre de calcul du Groupe de Recherche en Ingénierie de l'Environnement Atmosphérique (SRIEA) de 1'Université du Québec à Chicoutimi CUGAC) par liaisons téléphoniques. Une telle installation engendre généralement de larges perturbations aléatoires des signaux électroniques correspondant aux différentes mesures. Il est donc essentiel d'évaluer la validité des données afin de déterminer quels ensembles de valeurs sont utilisables.

La validation des données est effectuée en évaluant l'amplitude des perturbations aléatoires. Pour ce faire, on étudie les variations fictives de la charge de glace enregistrées alors qu'aucun dépôt de glace n'est présent sur les câbles. Pour chaque câble et chaque saison, un seuil minimum de variation de la charge de glace, en?deçà (duquel les valeurs ne sont pas retenues, est défini. Ces valeurs/seuils varient entre 20 g/m et 500 g/m selon les cas. L'étendue de cette variation s'explique par les différences de qualité des conditionneurs de signal utilisés, qui ne sont pas les mêmes pour tous les câbles, et qui sont souvent changés d'une année à l'autre pour un même câble. L'erreur commise en utilisant cette méthode est calculée, pour chaque seuil, par une méthode de Bayes. Les erreurs obtenues se situent entre 1% et 12%, et sont jugées acceptables.

A 1'aide des critères dérivés des définitions données pour chaque mode de délestage ainsi que des limites imposées par la validation des données, on identifie quelques exemples typiques de décroissance de la charge de glace. Les exemples de délestage par fonte montrent des taux de décroissance de l'ordre de 1 kg/m.h sur des périodes de quelques heures. Les exemples de délestage par sublimation ont des taux de décroissance variant entre 10 et 50 g/m.h sur des périodes de plusieurs jours. Les remarques apportées par les comparaisons entre les différents cas de sublimation rencontrés sont en accord avec, le modèle analytique proposé par G. Lambrinos et al. (1987). Finalement, un exemple de délestage par bris mécanique de la glace est présenté. Le taux de décroissance est de 1'ordre de 250 g/m sur une période de quelques heures.

Le délestage par bris mécanique de la glace étant la plus susceptible de provoquer des accidents (S. Fuheng et H. Shixiong, 1988), il apparaît le meilleur choix pour une étude plus approfondie. Une analyse systématique des corrélations entre les taux de délestage et les conditions climatiques montre que le vent observé pendant la période de délestage et la charge de glace accumulée sur le câble sont les facteurs les plus influents. Le mécanisme de rupture de la glace se produit par perte d'adhésion de la glace au câbles, suivis, dans certains cas, d'une rupture de la glace en tension. Une estimation des contraintes en adhésion, normale et en cisaillement, montre que les efforts créés par le vent sont négligeables par rapport à ceux causés par le poids de glace. L'influence du vent, mise en évidence dans l'étude statistique, peut s'exercer soit sous forme d'effet dynamique, soit en amorçant le processus de délestage.

En conclusion, les données expérimentales du Mont?Valin permettent de prédire 1'ordre de grandeur des phénomènes de délestage de glace accumulée sur les câbles de courte à moyenne portées. On a pu mettre en évidence les facteurs les plus importants de délestage par bris mécanique de la glace. Le type de glace observé, pendant les saisons étudiées, se limitant au givre léger, il serait intéressant da poursuivre le programme d'acquisition de données, afin de compléter l'analyse par l'étude du délestage pour d'autres conditions météorologiques. On pourrait ainsi déterminer l'influence du type de glace sur le délestage par bris mécanique de la glace.