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

Résumé

Les réseaux de transmissions électriques et de télécommunications des pays froids sont soumis à des conditions météorologiques extrêmes caractérisées par des tempêtes de givre ou de verglas. En janvier 1998, la région de Montréal (Québec, Canada) a été paralysée par une tempête de verglas d'une durée exceptionnelle entraînant la rupture mécanique de nombreux câbles de transport d'électricité et même de lignes.

Un site de givrage naturel comportant deux lignes électriques expérimentales sur le Mont Valin, au nord de Chicoutimi (Québec, Canada), fournit une base de données contenant douze saisons de givrage, de la saison 86-87 à la saison 97-98. Ces lignes expérimentales ne sont pas alimentées en courant électrique. La première ligne installée sur le site est un câble témoin d'une portée de 31,4 mètres. La seconde, appelée ligne expérimentale, est composée d'un câble de garde, d'un câble Bersimis et d'un faisceau de quatre conducteurs Bersimis. Sa portée est de 96,515 mètres.

Chaque saison de givrage se décompose en événements de glace atmosphérique, un événement pouvant comprendre trois phases successives: une phase d'accrétion de la glace, une phase de maintien de la glace et une phase de délestage de la glace. La phase de maintien de la glace est un concept nouveau qu'il faut définir clairement à l'aide de critères. Cette phase caractérise l'état de stabilité de la glace qui se maintient de façon aléatoire sur les câbles. En général, cette phase est la plus longue des trois phases; elle peut durer de quelques heures à quelques mois.

Nous distinguons habituellement trois grands types de glace d'origine atmosphérique susceptibles d'entraîner des surcharges importantes sur les lignes aériennes par dépôt et formation éventuelle de manchons autour des conducteurs : le givre, le verglas et la neige mouillée. Dans l'atmosphère, les nuages, constitués de très petites gouttelettes d'eau et parfois de cristaux de glace, sont à l'origine de la formation de la glace atmosphérique. Sur le site du Mont Valin, les câbles sont principalement recouverts de dépôts de givre et de verglas, parfois de neige mouillée. La neige mouillée doit être différenciée de la neige sèche. Pour le verglas et le givre, la rigidité en torsion d'un conducteur ou d'un câble a un effet sur la quantité de glace qui peut s'y déposer et sur la forme du manchon de glace. Sur un conducteur toronné, la rigidité en torsion du conducteur influence la forme axiale ou cylindrique de l'accumulation de neige alors que la rigidité en torsion n'a aucun effet sur un conducteur lisse recouvert de neige.

Des critères ont été définis afin d'identifier le début et la fin de la phase de maintien de chaque événement des douze saisons de givrage et afin d'identifier les différents types de glace (givre, verglas, neige mouillée) et les mélanges de ces types de glace présents sur les câbles pendant la phase de maintien. Dans le cas des mélanges, l'ordre successif de formation de chaque type de glace (givre, verglas, neige mouillée) a été pris en compte.

L'utilisation de ces critères a permis de créer une base de données sur Excel pour chaque type de câble, donc pour le câble Bersimis, le câble du faisceau, le câble de garde et le câble témoin. Ces données se rapportent à la phase de maintien et à la charge maximale atteinte pendant la phase de maintien pour 75 événements du câble Bersimis, 75 événements du câble du faisceau, 85 événements du câble de garde et 62 événements du câble témoin. Quatorze mélanges ont été identifiés.

Une analyse de régression multiple a été réalisée sur la charge de glace maximale des événements pendant la phase de maintien en fonction des variables suivantes : le type de glace ou de mélange correspondant à la charge maximale, la durée entre le début de la phase de maintien et l'instant où la charge maximale est atteinte, la charge de glace en fin de phase d'accrétion et le taux d'accrétion moyen pendant la phase d'accrétion. Le résultat attendu est de savoir, à partir de l'analyse de régression linéaire, quels paramètres influencent le plus la formation de la charge maximale d'un événement de glace atmosphérique. Une description statistique de la charge maximale a aussi été effectuée par type de câble et par type de glace et de mélange.

La phase de maintien a été analysée en considérant les paramètres suivants : les types de glace et les mélanges présents sur les câbles pendant la phase de maintien, la température moyenne de l'air pendant la phase de maintien, la variation de la charge de glace pendant la phase de maintien, la vitesse moyenne et maximale du vent perpendiculaire à la ligne expérimentale pendant la phase de maintien, la durée de la phase de maintien, les délestages de glace pendant la phase de maintien et les types de délestages en fin de phase de maintien.

En conclusion, l'analyse de régression a montré que le type de glace ou de mélange correspondant à la charge maximale n'a pas d'influence sur la valeur de la charge maximale. La durée de la phase de maintien diffère d'un câble à l'autre. Ceci est lié au fait que les charges de glace maximales et les délestages de glace différent d'un câble à l'autre. L'analyse statistique est un outil très intéressant qu'il faut savoir interpréter avec précaution en tenant toujours compte des phénomènes physiques qui se rapportent au sujet traité.