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In the simulation of electrical arc, the representation of radiative contribution is essential to provide a satisfactory description of the thermal behavior of the plasma. The accurate prediction of the radiative emission is essential to determine the evolution of the arc temperature. For a precise description of radiative effect, a resolution of the Radiative Transfer Equation (RTE) , is necessary necessary with knowledge of the absorption coefficient. Unfortunatly, the complexity of this coefficient - dependent on temperature and wavelenghth- makes this equation impossible to solve in term of computational cost. This is why many approximative methods are developed to simplify the calculation of the radiative properties. In this work, we have carried out a detailed description of the spectrum of an air plasma with about 7.106 points on frequency. From this description, we have calculated the divergence of the radiative flux either from the net emission coefficient (NEC) based on a geometric simplification of the plasma, or from the mean absorption coefficients (MAC) calculated after a division of the spectrum into 6 intervals in which we have used different mean functions (Classic, Planck, Planck Modified and Rosseland), or from an exact calculation corresponding to a direct solution of the RTE. This is why many approximative methods were developed to reduce numerical demands . The calculations have been done for 9 simplified configurations in 1D assuming a cylindrical plasma for which the temperature profile varies only with the radius. The different steps of the work are presented and highlight the influence of several parameters such as the temperature profile, the pressure, the copper vapors.... A great part of this work deals with the comparison between the results obtained from the exact resolution with the results deduced from the other approaches in order to validate the use and the accuracy of the different methods. This comparison allowed us to develop an optimization methodology providing improvements to the calculation of the approximate methods (NEC and MAC) allowing a better description of the radiative properties. Finally, this work presents the development of an axisymmetric 2D free-burning arc model solving the Navier-Stockes and Maxwell equations by the finite volume method. This model allows a comparison between the NEC method and the P1 method which takes into account the absorption of radiation in the cold areas.; Dans la simulation des arcs électriques, une estimation de la contribution radiative est indispensable pour fournir une description satisfaisante du comportement thermique du plasma. La prédiction précise de la divergence du flux radiatif (DFR) est essentielle pour déterminer l'évolution de la température de l'arc. Afin de décrire avec précision les effets radiatifs, la résolution de l'équation de transfert radiatif (ETR) est nécessaire moyennant la connaissance du coefficient d'absorption du milieu. Malheureusement, ce coefficient étant dépendant de la température et de la longueur d'onde, cette équation s'avère complexe à résoudre et coûteuse en temps de calcul. De nombreuses méthodes approximatives sont ainsi développées pour simplifier le calcul des propriétés radiatives. Dans ce travail, nous décrivons finement le spectre d'un plasma d'air avec près de 7.106 points en fréquence (ou longueur d'onde). A partir de ce découpage, nous calculons la DFR, soit à partir de la méthode approchée du coefficient d'émission nette (CEN) basée sur une simplification géométrique du plasma, soit à partir de coefficients moyens d'absorption (CMA) obtenus après découpage du spectre en 6 intervalles spectraux utilisant différentes moyennes (Classique, Planck, Planck modifiée et Rosseland), soit à partir d'un calcul " exact " correspondant à la résolution directe de l'ETR. Les calculs sont réalisés pour 9 configurations simples en 1D simulant un plasma cylindrique dont la température ne varie qu'en fonction du rayon. Les différentes étapes de calcul y sont présentées mettant en évidence l'influence de certains paramètres comme la largeur et la température maximale du profil de température, la pression, les vapeurs de cuivre .... Une grande partie de ce travail porte sur la comparaison des résultats obtenus par le calcul " exact " avec ceux déduits des différentes méthodes approchées dans le but de valider leur utilisation ainsi que leur précision. Cette comparaison nous a permis de développer une méthodologie d'optimisation apportant des améliorations au calcul des méthodes approchées (CEN et CMA) permettant ainsi une meilleure description du rayonnement. Enfin, ce travail présente le développement d'un modèle d'arc libre 2D axisymétrique résolvant les équations de Navier-Stockes et de Maxwell par la méthode des volumes finis. Celui-ci permet une comparaison entre la méthode du CEN et la méthode P1 qui tient compte de l'absorption du rayonnement des zones froides.

In the simulation of electrical arc, the representation of radiative contribution is essential to provide a satisfactory description of the thermal behavior of the plasma. The accurate prediction of the radiative emission is essential to determine the evolution of the arc temperature. For a precise description of radiative effect, a resolution of the Radiative Transfer Equation (RTE) , is necessary necessary with knowledge of the absorption coefficient. Unfortunatly, the complexity of this coefficient - dependent on temperature and wavelenghth- makes this equation impossible to solve in term of computational cost. This is why many approximative methods are developed to simplify the calculation of the radiative properties. In this work, we have carried out a detailed description of the spectrum of an air plasma with about 7.106 points on frequency. From this description, we have calculated the divergence of the radiative flux either from the net emission coefficient (NEC) based on a geometric simplification of the plasma, or from the mean absorption coefficients (MAC) calculated after a division of the spectrum into 6 intervals in which we have used different mean functions (Classic, Planck, Planck Modified and Rosseland), or from an exact calculation corresponding to a direct solution of the RTE. This is why many approximative methods were developed to reduce numerical demands . The calculations have been done for 9 simplified configurations in 1D assuming a cylindrical plasma for which the temperature profile varies only with the radius. The different steps of the work are presented and highlight the influence of several parameters such as the temperature profile, the pressure, the copper vapors.... A great part of this work deals with the comparison between the results obtained from the exact resolution with the results deduced from the other approaches in order to validate the use and the accuracy of the different methods. This comparison allowed us to develop an optimization methodology providing improvements to the calculation of the approximate methods (NEC and MAC) allowing a better description of the radiative properties. Finally, this work presents the development of an axisymmetric 2D free-burning arc model solving the Navier-Stockes and Maxwell equations by the finite volume method. This model allows a comparison between the NEC method and the P1 method which takes into account the absorption of radiation in the cold areas., Dans la simulation des arcs électriques, une estimation de la contribution radiative est indispensable pour fournir une description satisfaisante du comportement thermique du plasma. La prédiction précise de la divergence du flux radiatif (DFR) est essentielle pour déterminer l'évolution de la température de l'arc. Afin de décrire avec précision les effets radiatifs, la résolution de l'équation de transfert radiatif (ETR) est nécessaire moyennant la connaissance du coefficient d'absorption du milieu. Malheureusement, ce coefficient étant dépendant de la température et de la longueur d'onde, cette équation s'avère complexe à résoudre et coûteuse en temps de calcul. De nombreuses méthodes approximatives sont ainsi développées pour simplifier le calcul des propriétés radiatives. Dans ce travail, nous décrivons finement le spectre d'un plasma d'air avec près de 7.106 points en fréquence (ou longueur d'onde). A partir de ce découpage, nous calculons la DFR, soit à partir de la méthode approchée du coefficient d'émission nette (CEN) basée sur une simplification géométrique du plasma, soit à partir de coefficients moyens d'absorption (CMA) obtenus après découpage du spectre en 6 intervalles spectraux utilisant différentes moyennes (Classique, Planck, Planck modifiée et Rosseland), soit à partir d'un calcul " exact " correspondant à la résolution directe de l'ETR. Les calculs sont réalisés pour 9 configurations simples en 1D simulant un plasma cylindrique dont la température ne varie qu'en fonction du rayon. Les différentes étapes de calcul y sont présentées mettant en évidence l'influence de certains paramètres comme la largeur et la température maximale du profil de température, la pression, les vapeurs de cuivre .... Une grande partie de ce travail porte sur la comparaison des résultats obtenus par le calcul " exact " avec ceux déduits des différentes méthodes approchées dans le but de valider leur utilisation ainsi que leur précision. Cette comparaison nous a permis de développer une méthodologie d'optimisation apportant des améliorations au calcul des méthodes approchées (CEN et CMA) permettant ainsi une meilleure description du rayonnement. Enfin, ce travail présente le développement d'un modèle d'arc libre 2D axisymétrique résolvant les équations de Navier-Stockes et de Maxwell par la méthode des volumes finis. Celui-ci permet une comparaison entre la méthode du CEN et la méthode P1 qui tient compte de l'absorption du rayonnement des zones froides.

Modelling a high voltage circuit breaker using a MHD model needs plasma properties databanks to simulate the electric arc behavior. The local thermodynamic equilibrium hypothesis is often used to calculate these properties. However, the equilibrium conditions are not satisfied near the walls or the electrodes, or during the zero crossing of the current. The thermal nonequilibrium considerably modify the chemistry and properties of the plasma. The study of these properties for a 2t plasma is the subject of this thesis. The first part of this thesis presents the industrial context at the origin of this study. Basics assumptions for the 2t hypothesis are then explained. In this section, special attention is given to the temperatures characteristic of the internal energy modes. Two sets of hypotheses concerning these temperatures are used in this work, and the choice of these hypotheses is discussed. The second part of this work is dedicated to the calculation of sf6-c2f4 plasma composition at 2t. This calculation will be done with two different methods: the first is based on the mass action law extended to 2t, and the second on a collisional-radiative calculation. Examples of compositions obtained with these two methods are presented. The hypotheses concerning the temperatures of populating of the internal energy levels are discussed in the light of these results. The third chapter of this thesis deals with the calculation of the thermodynamic properties at 2t of the plasma. The theoretical formulations of each of these properties are first recalled, and the results from these expressions are then presented and discussed, for the two methods of calculating the composition. The fourth chapter is dedicated to calculating the transport coefficients of a sf6-c2f4 plasma at 2t. This part is based on a bibliographic study of the already existing methods of calculation and the essential data to obtain these properties (collision integrals). For each property (viscosity, electrical conductivity and thermal conductivity) the various calculation methods identified in the literature are compared. The choice of the most appropriate calculation technique is made by comparing the results to the ETL. Particular attention is paid to the calculation of the reactive part of the thermal conductivity, and a formulation adapted to the needs of this work is proposed. The results from these expressions are presented and discussed following the same logic when in the previous chapter.; La modélisation d'un disjoncteur haute tension par un modèle MHD nécessite des banques de données de propriétés du plasma afin de simuler le comportement de l'arc électrique. L'hypothèse d'équilibre thermodynamique local est souvent utilisée afin de calculer ces propriétés. Cependant les conditions d'équilibre ne sont pas remplies près des parois ou des électrodes, ou lors du passage par zéro du courant. Les écarts à l'équilibre (thermique notamment) modifient alors considérablement la chimie et les propriétés du plasma. L'étude de ces propriétés dans ces conditions nécessite alors de supposer que le plasma est à deux températures (2T). Le calcul des propriétés du plasma à 2T fait l'objet de cette thèse. La première partie de cette thèse présente le contexte industriel à l'origine de cette étude. Les hypothèses de base qui sous-tendent l'hypothèse 2T sont ensuite rappelées. Dans cette partie une attention spéciale est portée aux températures caractéristiques de peuplement des modes d'énergies internes. Deux jeux d'hypothèses portant sur ces températures sont utilisés dans ces travaux, et le choix de ces hypothèses est discuté. La deuxième partie de ce travail est consacrée au calcul de composition d'un plasma de SF6-C2F4 à 2T. Ce calcul sera fait avec deux méthodes différentes : la première repose sur la loi d'action de masse étendue à 2T, et la seconde sur un calcul collisionnel-radiatif. Des exemples de composition obtenus avec ces deux méthodes sont présentés. Les hypothèses portant sur les températures de peuplement des niveaux d'énergies internes sont discutées au vu de ces résultats. Le troisième chapitre de cet ouvrage aborde le calcul des propriétés thermodynamiques à 2T du plasma. Les formulations théoriques de chacune de ces propriétés sont d'abord rappelés, et les résultats issus de ces expressions sont ensuite présentés et discutés, pour les deux méthodes de calcul de la composition. Le quatrième chapitre est dédié au calcul des coefficients de transports d'un plasma de SF6-C2F4 à 2T. Cette partie s'appuie sur une étude bibliographique des méthodes de calcul déjà existantes et des données indispensables à l'obtention de ces propriétés (intégrales de collision). Pour chaque propriété (viscosité, conductivité électrique et conductivité thermique) les différentes méthodes de calcul recensées dans la littérature sont comparées. Le choix de la technique de calcul la plus appropriée est réalisé par confrontation de résultats à l'ETL. Une attention toute particulière est portée au calcul de la partie réactive de la conductivité thermique, et une formulation adaptée aux besoins de ce travail est proposée. Les résultats issus de ces expressions sont présentés et discutés suivant la même logique quand dans le chapitre précédent.

Modelling a high voltage circuit breaker using a MHD model needs plasma properties databanks to simulate the electric arc behavior. The local thermodynamic equilibrium hypothesis is often used to calculate these properties. However, the equilibrium conditions are not satisfied near the walls or the electrodes, or during the zero crossing of the current. The thermal nonequilibrium considerably modify the chemistry and properties of the plasma. The study of these properties for a 2t plasma is the subject of this thesis. The first part of this thesis presents the industrial context at the origin of this study. Basics assumptions for the 2t hypothesis are then explained. In this section, special attention is given to the temperatures characteristic of the internal energy modes. Two sets of hypotheses concerning these temperatures are used in this work, and the choice of these hypotheses is discussed. The second part of this work is dedicated to the calculation of sf6-c2f4 plasma composition at 2t. This calculation will be done with two different methods: the first is based on the mass action law extended to 2t, and the second on a collisional-radiative calculation. Examples of compositions obtained with these two methods are presented. The hypotheses concerning the temperatures of populating of the internal energy levels are discussed in the light of these results. The third chapter of this thesis deals with the calculation of the thermodynamic properties at 2t of the plasma. The theoretical formulations of each of these properties are first recalled, and the results from these expressions are then presented and discussed, for the two methods of calculating the composition. The fourth chapter is dedicated to calculating the transport coefficients of a sf6-c2f4 plasma at 2t. This part is based on a bibliographic study of the already existing methods of calculation and the essential data to obtain these properties (collision integrals). For each property (viscosity, electrical conductivity and thermal conductivity) the various calculation methods identified in the literature are compared. The choice of the most appropriate calculation technique is made by comparing the results to the ETL. Particular attention is paid to the calculation of the reactive part of the thermal conductivity, and a formulation adapted to the needs of this work is proposed. The results from these expressions are presented and discussed following the same logic when in the previous chapter.; La modélisation d'un disjoncteur haute tension par un modèle MHD nécessite des banques de données de propriétés du plasma afin de simuler le comportement de l'arc électrique. L'hypothèse d'équilibre thermodynamique local est souvent utilisée afin de calculer ces propriétés. Cependant les conditions d'équilibre ne sont pas remplies près des parois ou des électrodes, ou lors du passage par zéro du courant. Les écarts à l'équilibre (thermique notamment) modifient alors considérablement la chimie et les propriétés du plasma. L'étude de ces propriétés dans ces conditions nécessite alors de supposer que le plasma est à deux températures (2T). Le calcul des propriétés du plasma à 2T fait l'objet de cette thèse. La première partie de cette thèse présente le contexte industriel à l'origine de cette étude. Les hypothèses de base qui sous-tendent l'hypothèse 2T sont ensuite rappelées. Dans cette partie une attention spéciale est portée aux températures caractéristiques de peuplement des modes d'énergies internes. Deux jeux d'hypothèses portant sur ces températures sont utilisés dans ces travaux, et le choix de ces hypothèses est discuté. La deuxième partie de ce travail est consacrée au calcul de composition d'un plasma de SF6-C2F4 à 2T. Ce calcul sera fait avec deux méthodes différentes : la première repose sur la loi d'action de masse étendue à 2T, et la seconde sur un calcul collisionnel-radiatif. Des exemples de composition obtenus avec ces deux méthodes sont présentés. Les hypothèses portant sur les températures de peuplement des niveaux d'énergies internes sont discutées au vu de ces résultats. Le troisième chapitre de cet ouvrage aborde le calcul des propriétés thermodynamiques à 2T du plasma. Les formulations théoriques de chacune de ces propriétés sont d'abord rappelés, et les résultats issus de ces expressions sont ensuite présentés et discutés, pour les deux méthodes de calcul de la composition. Le quatrième chapitre est dédié au calcul des coefficients de transports d'un plasma de SF6-C2F4 à 2T. Cette partie s'appuie sur une étude bibliographique des méthodes de calcul déjà existantes et des données indispensables à l'obtention de ces propriétés (intégrales de collision). Pour chaque propriété (viscosité, conductivité électrique et conductivité thermique) les différentes méthodes de calcul recensées dans la littérature sont comparées. Le choix de la technique de calcul la plus appropriée est réalisé par confrontation de résultats à l'ETL. Une attention toute particulière est portée au calcul de la partie réactive de la conductivité thermique, et une formulation adaptée aux besoins de ce travail est proposée. Les résultats issus de ces expressions sont présentés et discutés suivant la même logique quand dans le chapitre précédent.

Plusieurs technologies plasmas utilisent l’aluminium, dans ces systèmes les électrodes et/ou les fils sont faits d'aluminium. Durant l'interaction du plasma d’air et du métal en aluminium, la composition chimique joue un rôle clé sur les phases condensées. En outre le champ électrique peut atteindre une valeur très élevée, entraînant le plasma hors de l'équilibre thermique. Les électrons atteignent alors une température 𝑇𝑒 plus haute que celle des espèces chimiques lourdes 𝑇𝑙 . Dans cet article, nous évaluons le déséquilibre thermique 𝜃=𝑇𝑒/𝑇𝑙 en fonction du champ électrique variant de 103 V/m à 105 V/m pour un plasma d’air et d’aluminium (10% Al, 90% air), (50% Al, 50% air) et (90% Al, 10% air) en pourcentage molaire. Puis nous présentons l’influence du déséquilibre thermique sur les phases condensées (aluminium, nitrure d’aluminium, oxyde d’aluminium) apparaissant aux basses températures et sur l’enthalpie massique. La composition chimique d’un plasma, dont le mélange initial est de 10% d’aluminium et 90% d’air, est étudiée montrant ainsi la forte influence du déséquilibre thermique sur les phases condensées.

International audience; The climate of the sub-Saharan zones is marked by a strong variability of the rate of humidity in the air, especially between the dry season and the period of monsoon, and by an atmospheric dust raised during the storms of dusts and winds of sand. Under these conditions, the circuit breakers equipment with air have abnormal behavior and failures in the cut are often observed.; Le climat des zones sub-sahariennes est marqué par une forte variabilité du taux d’humidité dans l’air, surtout entre la saison sèche et la période de mousson, et par un empoussièrement atmosphérique élevé lors des tempêtes de poussières et de vents de sable. Sous ces conditions, les appareillages de coupure de type disjoncteur à air en contact avec des joues gazogènes en PTFE (Téflon©) ont des comportements anormaux et des échecs à la coupure sont souvent observés. Pour comprendre ce problème, le travail présenté propose d'abord d’étudier l’influence de la proportion d’eau et de poussières sur le fonctionnement des disjoncteurs, puis d’étudier l’influence de l’état du plasma, pression et déséquilibre thermique, sur sa composition chimique. Quatre mélanges sont comparés: les deux premiers avec de la silice simulant les poussières M1 : 1,95 g air sec, 0,01 g cuivre, 0,02 g PTFE, 0,5 g silice, 6 µg vapeur sèche M2 : 1,95 g air sec, 0,01 g cuivre, 0,02 g PTFE, 0,5 g silice, 28 µg vapeur sèche et les deux derniers sans poussières M3 : 1,95 g air sec, 0,01 g cuivre, 0,02 g PTFE, 6 µg vapeur sèche M4 : 1,95 g air sec, 0,01 g cuivre, 0,02 g PTFE, 28 µg vapeur sèche. Le couple (M1, M3) correspond à la période de la saison sèche et le couple (M2, M4) correspond à la période de mousson. Pour l’état du plasma nous considérons deux pressions (105 Pa et 5×105 Pa) et deux états de déséquilibre thermique (à l’équilibre et hors de l’équilibre Te/Tl=2).Pour mener à bien ce travail, nous utilisons la minimisation de l’énergie libre de Gibbs (enthalpie libre), qui est bien adaptée pour des transformations ayant lieu à une pression et à température(s) fixée(s). Cette méthode permet de déterminer les fractions molaires dans la gamme de température comprise entre 500 K et 6 000 K. Les calculs réalisés montrent que le graphite ne se forme pas, que la poussière de sable a une influence importante sur la formation des phases condensées et que la variation d’hygrométrie joue un rôle majeur sur les espèces minoritaires (fraction molaire

International audience; The climate of the sub-Saharan zones is marked by a strong variability of the rate of humidity in the air, especially between the dry season and the period of monsoon, and by an atmospheric dust raised during the storms of dusts and winds of sand. Under these conditions, the circuit breakers equipment with air have abnormal behavior and failures in the cut are often observed.; Le climat des zones sub-sahariennes est marqué par une forte variabilité du taux d’humidité dans l’air, surtout entre la saison sèche et la période de mousson, et par un empoussièrement atmosphérique élevé lors des tempêtes de poussières et de vents de sable. Sous ces conditions, les appareillages de coupure de type disjoncteur à air en contact avec des joues gazogènes en PTFE (Téflon©) ont des comportements anormaux et des échecs à la coupure sont souvent observés. Pour comprendre ce problème, le travail présenté propose d'abord d’étudier l’influence de la proportion d’eau et de poussières sur le fonctionnement des disjoncteurs, puis d’étudier l’influence de l’état du plasma, pression et déséquilibre thermique, sur sa composition chimique. Quatre mélanges sont comparés: les deux premiers avec de la silice simulant les poussières M1 : 1,95 g air sec, 0,01 g cuivre, 0,02 g PTFE, 0,5 g silice, 6 µg vapeur sèche M2 : 1,95 g air sec, 0,01 g cuivre, 0,02 g PTFE, 0,5 g silice, 28 µg vapeur sèche et les deux derniers sans poussières M3 : 1,95 g air sec, 0,01 g cuivre, 0,02 g PTFE, 6 µg vapeur sèche M4 : 1,95 g air sec, 0,01 g cuivre, 0,02 g PTFE, 28 µg vapeur sèche. Le couple (M1, M3) correspond à la période de la saison sèche et le couple (M2, M4) correspond à la période de mousson. Pour l’état du plasma nous considérons deux pressions (105 Pa et 5×105 Pa) et deux états de déséquilibre thermique (à l’équilibre et hors de l’équilibre Te/Tl=2).Pour mener à bien ce travail, nous utilisons la minimisation de l’énergie libre de Gibbs (enthalpie libre), qui est bien adaptée pour des transformations ayant lieu à une pression et à température(s) fixée(s). Cette méthode permet de déterminer les fractions molaires dans la gamme de température comprise entre 500 K et 6 000 K. Les calculs réalisés montrent que le graphite ne se forme pas, que la poussière de sable a une influence importante sur la formation des phases condensées et que la variation d’hygrométrie joue un rôle majeur sur les espèces minoritaires (fraction molaire

The High Voltage Circuit Breaker (HVCB) represents one of the most important and complex components in the energy transmission, it must be there to isolate faulted section of a network, interrupt fault and abnormal currents: due to non-linear loads (for example arc furnace) or other load variation. Nowadays, to reduce the cost of HVCB development, the numerical model based on physical considerations is used for designing circuit-breakers. However, whatever the operating conditions, the arc does not establish in pure SF6, which is currently the dielectric gas used in the HVCB. In fact, during the interrupting phase the electrical arc is established between metallic electrodes (Cu) and quenched inside a nozzle composed by PTFE (C2F4), this electrical arc is an energetic environment which ablates the PTFE issue from wall and erodes copper issue from electrode. How it has been reported by several authors, the presence of organic and/or metallic vapours in the plasma modifies the properties of this one. Recent works have proved the impact of the PTFE vapour on the rise of pressure and the arc blown. Furthermore, the presence of metallic vapours has an important impact on the electrical conductivity and radiation emission. The calculation of the electrical arc properties composed by SF6-C2F4-Cu and SF6-C2F4-W has been performed for pressures up to 250 bars, temperatures between 300K and 30 000K and various mass concentrations with the assumption of Local Thermodynamic Equilibrium (LTE). The first part of this thesis give a presentation of the High-Voltage Circuit Breaker. The second part of this thesis is devoted to the calculation of the total atomic and molecular radiation. The third part is dedicated to the calculations of the transport, which have been calculated according to the Chapman-Enskog theory with the following approximations: third for electrical conductivity and for electron translational thermal conductivity, second for heavy species translational thermal conductivity, and first for reactional thermal and viscosity. Finally, we focus on the elaboration of mixing for our ternary mixture. Currently, calculating the plasma properties at each time and for all composition, pressure and temperature in a numerical model necessitate consequential calculation time. For these reasons, we have studied different mixing rules for the mixture SF6-C2F4-Cu and SF6-C2F4-W.; Les disjoncteurs haute-tension sont des dispositifs permettant d'établir, supporter et couper le courant, dans le but de protéger les installations du réseau électrique. L'efficacité de la coupure du courant s'obtient par l'ouverture des contacts du disjoncteur et par la création d'un arc électrique entre ces derniers afin de dissiper l'énergie stockée par le dispositif. Le plasma ainsi créé est partiellement constitué de vapeurs métalliques et organiques respectivement issues de l'érosion des contacts (Cu ou W dans notre cas) et de l'ablation des parois (PTFE). Une fois l'arc établi, un gaz froid (généralement du SF6) vient souffler l'arc pour le refroidir et faciliter son extinction. Durant ce processus de refroidissement, le plasma vient éroder des parois (buses à base de téflon, monomère de base C2F4) dont la géométrie augmente l'efficacité du soufflage. Nous sommes alors en présence d'un plasma thermique SF6-C2F4-Cu (ou SF6-C2F4-W) caractérisé par sa composition, sa température et sa pression. Pour caractériser ces transferts d'énergie dans le milieu ou de l'arc vers les matériaux (effets thermiques plutôt que chimiques), nous avons alors recours à la modélisation afin de réduire les essais expérimentaux qui s'avèrent très coûteux. Pour mieux maîtriser ces échanges et optimiser ces dispositifs, il est donc primordial de bien connaître les propriétés chimiques, radiatives, thermodynamiques et de transport du gaz qui varient rapidement avec la pression, la température et la nature (composition) du milieu. Cette thèse porte sur l'étude des propriétés radiatives et des propriétés transport d'un plasma de SF6 contaminé par des vapeurs organiques (C2F4) et métalliques (Cu ou W), dans le but d'améliorer les modèles numériques par la prise en considération de ces vapeurs dans le milieu. Actuellement, l'implémentation de telles données (pour des mélanges ternaires) dans les modèles s'avère très difficile et conduit à des temps de calcul extrêmement long. Afin de réduire ces temps de calcul nous avons réalisé une étude sur les lois de mélange, dans le but de reconstituer les propriétés radiatives et de transport pour tout type de mélanges ternaires SF6-C2F4-Cu et SF6-C2F4-W.

The High Voltage Circuit Breaker (HVCB) represents one of the most important and complex components in the energy transmission, it must be there to isolate faulted section of a network, interrupt fault and abnormal currents: due to non-linear loads (for example arc furnace) or other load variation. Nowadays, to reduce the cost of HVCB development, the numerical model based on physical considerations is used for designing circuit-breakers. However, whatever the operating conditions, the arc does not establish in pure SF6, which is currently the dielectric gas used in the HVCB. In fact, during the interrupting phase the electrical arc is established between metallic electrodes (Cu) and quenched inside a nozzle composed by PTFE (C2F4), this electrical arc is an energetic environment which ablates the PTFE issue from wall and erodes copper issue from electrode. How it has been reported by several authors, the presence of organic and/or metallic vapours in the plasma modifies the properties of this one. Recent works have proved the impact of the PTFE vapour on the rise of pressure and the arc blown. Furthermore, the presence of metallic vapours has an important impact on the electrical conductivity and radiation emission. The calculation of the electrical arc properties composed by SF6-C2F4-Cu and SF6-C2F4-W has been performed for pressures up to 250 bars, temperatures between 300K and 30 000K and various mass concentrations with the assumption of Local Thermodynamic Equilibrium (LTE). The first part of this thesis give a presentation of the High-Voltage Circuit Breaker. The second part of this thesis is devoted to the calculation of the total atomic and molecular radiation. The third part is dedicated to the calculations of the transport, which have been calculated according to the Chapman-Enskog theory with the following approximations: third for electrical conductivity and for electron translational thermal conductivity, second for heavy species translational thermal conductivity, and first for reactional thermal and viscosity. Finally, we focus on the elaboration of mixing for our ternary mixture. Currently, calculating the plasma properties at each time and for all composition, pressure and temperature in a numerical model necessitate consequential calculation time. For these reasons, we have studied different mixing rules for the mixture SF6-C2F4-Cu and SF6-C2F4-W.; Les disjoncteurs haute-tension sont des dispositifs permettant d'établir, supporter et couper le courant, dans le but de protéger les installations du réseau électrique. L'efficacité de la coupure du courant s'obtient par l'ouverture des contacts du disjoncteur et par la création d'un arc électrique entre ces derniers afin de dissiper l'énergie stockée par le dispositif. Le plasma ainsi créé est partiellement constitué de vapeurs métalliques et organiques respectivement issues de l'érosion des contacts (Cu ou W dans notre cas) et de l'ablation des parois (PTFE). Une fois l'arc établi, un gaz froid (généralement du SF6) vient souffler l'arc pour le refroidir et faciliter son extinction. Durant ce processus de refroidissement, le plasma vient éroder des parois (buses à base de téflon, monomère de base C2F4) dont la géométrie augmente l'efficacité du soufflage. Nous sommes alors en présence d'un plasma thermique SF6-C2F4-Cu (ou SF6-C2F4-W) caractérisé par sa composition, sa température et sa pression. Pour caractériser ces transferts d'énergie dans le milieu ou de l'arc vers les matériaux (effets thermiques plutôt que chimiques), nous avons alors recours à la modélisation afin de réduire les essais expérimentaux qui s'avèrent très coûteux. Pour mieux maîtriser ces échanges et optimiser ces dispositifs, il est donc primordial de bien connaître les propriétés chimiques, radiatives, thermodynamiques et de transport du gaz qui varient rapidement avec la pression, la température et la nature (composition) du milieu. Cette thèse porte sur l'étude des propriétés radiatives et des propriétés transport d'un plasma de SF6 contaminé par des vapeurs organiques (C2F4) et métalliques (Cu ou W), dans le but d'améliorer les modèles numériques par la prise en considération de ces vapeurs dans le milieu. Actuellement, l'implémentation de telles données (pour des mélanges ternaires) dans les modèles s'avère très difficile et conduit à des temps de calcul extrêmement long. Afin de réduire ces temps de calcul nous avons réalisé une étude sur les lois de mélange, dans le but de reconstituer les propriétés radiatives et de transport pour tout type de mélanges ternaires SF6-C2F4-Cu et SF6-C2F4-W.

Depuis quelques annees l'interet industriel pour les plasmas thermiques va grandissant et le nombre d'applications developpees est sans cesse croissant. Il nous a donc semble qu'il convenait, au travers de la litterature, de faire le point de la question non seulement sur les applications developpees ou potentiellement developpables, mais aussi et surtout sur nos connaissances actuelles des phenomenes mis en jeu ou impliques. C'est donc pourquoi nous nous proposons de voir successivement : — Les conditions d'equilibre des plasmas thermiques ainsi que leurs proprietes thermodynamiques et de transport. — La generation des plasmas avec les problemes des electrodes, de la colonne de plasma et les consequences qui en decoulent pour la realisation des generateurs a cathodes chaudes ou froides ainsi que les problemes lies a leur utilisation (temps de sejour, homogeneite du traitement, introduction des produits a traiter, melange) avec la realisation de fours a plasma destines a ameliorer le temps de sejour ou les transferts thermiques. — La modelisation des plasmas avec l'ecoulement reactif ou non et le melange d'un gaz avec le plasma, les transferts de quantite de mouvement et de chaleur et les points essentiels qui se degagent de cette modelisation. — Les applications actuelles et potentielles de ces plasmas thermiques pour le chauffage, la production de gaz reducteurs, les reactions chimiques, la fusion et la purification en plasma, la vaporisation, la metallurgie extractive, la projection.