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

Résumé

Le givrage atmosphérique a été la cause de beaucoup de dommages sur les réseaux de transport de l'énergie électrique. Le délestage naturel de la glace de câbles et de conducteurs a causé des pannes majeures sur ces réseaux. À titre d’exemple, on peut citer le « grand verglas » qui a frappé principalement Québec en 1998, causant des dommages considérables à la suite de l’accumulation et délestage de glace sur les lignes de haute tension. Pour éviter ou diminuer le risque d’occurrence de ce phénomène, il est nécessaire de connaître et de comprendre le comportement mécanique de la glace. En tant qu’exemple fondamental du comportement de déformation de la glace, on a choisi le cas de la glace isotrope polycristalline dans cette étude. Cependant, l'obtention d'une structure isotrope avec le moins de porosité possible pourrait être un problème majeur. Dans ce contexte, trois méthodes pour fabriquer de la glace isotrope en laboratoire ont été développées et utilisées. Ensuite, les propriétés structurelles (physiques) de la glace, comme la porosité et le degré d’anisotropie, ont été étudiées à l’aide d’échantillons fabriqués par ces trois méthodes. Par la suite, le comportement en déformation uniaxiale des échantillons obtenus à partir ces trois méthodes a été comparé et étudié. Après avoir choisi la méthode la plus appropriée de fabrication de l'échantillon, le comportement visqueux de la glace isotrope été analysé à partir d’essais de compression simples réalisés à différentes températures et vitesses de déformation axiale. Les études existantes réalisées sur le phénomène de déformation de la glace ne considèrent pas l’existence d’une déformation inélastique (permanente) indépendante du temps, comme on le voit dans d’autres matériaux, comme les métaux. Afin d’étudier la présence de cette déformation et de déterminer les autres parties de déformation de fluage, des essais de fluage sous le chargement de compression uniaxiale constant et avec plusieurs temps de chargement et de déchargement ont été réalisés à des températures de -5, -10 et -15 °C. Par la suite et dans un premier temps, la présence de déformation plastique indépendante du temps a été étudiée et été identifiée à chaque température. Ensuite, les paramètres des autres composantes de la déformation (élastique, viscoélastique et fluage primaire) ont été déterminés en fonction de la température. La contribution de chacune des composantes de la déformation (élastique, viscoélastique, plastique, fluage primaire et fluage secondaire) dans la déformation totale a été déterminée en fonction du temps pour différentes valeurs de température et de contrainte appliquée.

Atmospheric icing is at the source of damage to overhead transmission lines of power networks. Natural ice load shedding off cables and conductors has caused major power outages during ice storms in Canada, like the major one that mainly hit Quebec in 1998. This widespread damage was caused by ice accumulation on the power network overhead lines. To avoid or reduce the risk of occurrence of this phenomenon, it is necessary to know and understand the mechanical behavior of the ice. As a fundamental subject on the deformation behavior of ice, the simple case of polycrystalline isotropic ice was chosen for this study. For this purpose, however, obtaining an isotropic structure with the least possible porosity could be a major problem. In this context, three methods for making isotropic ice on a laboratory scale have been developed and used. Then, the structural (physical) properties of the ice, such as the porosity and degree of anisotropy, were studied using samples made by these three methods. Subsequently, the uniaxial deformation behavior of the samples obtained from these methods was compared and studied. By selecting the most appropriate method of sample preparation, the viscous behavior of isotropic ice was analyzed from simple compression tests performed at different temperatures and axial strain rates. Then, the secondary creep strain parameters were determined. Existing studies on the ice deformation phenomenon do not consider an inelastic (permanent) strain with a time independent nature as seen in other materials such as metals. In order to investigate the presence of this strain and to determine the other creep strain parts, creep tests under constant uniaxial compression loading and with several loading and unloading times were carried out at temperatures of -5, -10 and -15 ° C. Subsequently, and in a first step, the presence of non-time-dependent plastic strain, which was identified at each temperature, was studied. Then, the parameters of the other strain components such as elastic, viscoelastic and primary creep were determined as a function of temperature. The contribution of each of the elastic, viscoelastic, plastic, primary and secondary creep strains as a function of time in the total strain were determined for different values of temperature and applied stress.