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Fiche détaillée Thèses
Ecole Centrale de Lyon (17/06/2003), Mohand Moussaoui et Laurent Krähenbühl (Dir.)
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Analyse et analyse numérique des singularités en électromagnétisme
Hassan Timouyas1, 2

La modélisation par éléments finis d'un objet technique conduit souvent à négliger certains détails de structure. C'est en particulier le cas des arêtes et des coins. En effet, la prise en compte précise des rayons de courbure de détails de pièces intégrées dans une grande structure conduit rapidement à des maillages énormes : on les remplace volontiers dans le modèle numérique par des arêtes vives, sans beaucoup perdre sur la précision générale des résultats. C'est par exemple l'expérience des personnes qui modélisent les dispositifs à haute tension, en résolvant l'équation de Laplace associée à des conditions aux limites de type Dirichlet homogène (potentiel électrique imposé sur les parties conductrices) : on constate généralement que les grandeurs globales (par exemple les coefficients de la matrice des capacités partielles) ne sont pas affectées par ce type de simplification de formes. Dans le même temps, certaines grandeurs locales essentielles perdent tout rapport avec leurs valeurs réelles. C'est particulièrement vrai pour le champ électrique donné par les éléments finis autour de ces arêtes vives : le résultat brut est bien difficile à interpréter. Ces points particuliers jouent cependant un rôle important en raison des effets de pointe, et des risques associés de développement d'un arc électrique. Dans la réalité, ce champ dépend du contexte général d'une part, du rayon de courbure réel de l'arête d'autre part, sans qu'on maîtrise bien l'effet de ces deux éléments. Il serait donc utile, après une résolution par éléments finis, de savoir estimer le champ au voisinage de ces singularités, en prenant en compte les rayons de courbure réels, ou même, pour des séries de pièces, la distribution statistique de ces courbures : la question importante est en effet souvent davantage la distribution statistique ou probable des valeurs maximales du champ sur telle ou telle sous-structure, plutôt que l'ensemble des variations de ce champ autour d'elle pour des valeurs précises des rayons de courbure. Nous nous intéressons ici aux liens qui existent entre la solution singulière théorique, la solution numérique obtenue par éléments finis avec un angle vif et une finesse donnée du maillage, et celle qui est obtenue avec un maillage décrivant un arrondi. Notre but, non encore atteint, serait de parvenir à estimer le champ en post-traitement en fonction du rayon de courbure, à partir de la seule résolution par éléments finis en potentiel sur l'angle vif. La méthode devrait aussi nous indiquer a priori comment mailler vers la singularité pour obtenir par ce post traitement une précision donnée sur le champ, pour une gamme prédéterminée de rayons de courbure.
1 :  ICJ - Institut Camille Jordan
2 :  CEGELY - Centre de génie électrique de Lyon
Singularités géométriques – polygone – géométries axisymétriques – laplacien – laplacien modifié – coefficient de singularité – exposant de singularité.

Analysis and numerical analysis of singularities in electromagnetism
In this work, we propose problems resulting from electrical engineering : many devices present geometrical singularities, which are producing undesirable phenomena. To avoid these phenomena, the parts are smoothed. In the process of smoothing, that is done simultaneously for a great number of parts, the final form is not necessarily uniform. The essential goal of this work it is to obtain information on the electric field once made smoothing and starting from the knowledge of the finite element solution in the model with singularity, possibly without making direct calculation for the modified field.
Geometrical singularities – polygon – axisymmetric geometries – modified laplacian – coefficient of singularity – exponent of singularity