Effet corona

L'effet corona, aussi nommé «effet couronne» est une décharge électrique entraînée par l'ionisation du milieu entourant un conducteur, elle se produit quand le potentiel électrique dépasse une valeur critique mais dont les conditions ne permettent...



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Électricité - Électrotechnique - Plasma

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  • L'effet corona, appelé aussi «effet couronne» est une décharge électrique génèrée par ionisation du milieu entourant un conducteur.... (source : )
Effet corona autour d'une bobine haute tension

L'effet corona, aussi nommé «effet couronne» est une décharge électrique entraînée par l'ionisation du milieu entourant un conducteur, elle se produit quand le potentiel électrique dépasse une valeur critique mais dont les conditions ne permettent pas la formation d'un arc. Cet effet est utilisé, entre autres, dans les lampes à plasma.

Mécanisme

Au niveau macroscopique

Une décharge de Corona se produit quand un courant, continu ou non, se crée entre deux électrodes portées à un haut potentiel et scindées par un fluide neutre, généralement l'air, par ionisation de ce fluide. Un plasma est alors créé et les charges électriques se propagent en passant des ions aux molécules de gaz neutres.

Quand le champ électrique en un point du fluide est suffisamment grand, le fluide s'ionise autour de ce point et devient conducteur. Surtout, si un objet chargé possède des pointes ou des coins, le champ électrique y sera plus important qu'ailleurs (c'est le pouvoir des pointes), c'est là généralement, que se produira une décharge de corona : le phénomène tendra à se stabiliser de lui-même puisque la région ionisée devenant conductrice, la pointe aura apparemment tendance à disparaître. Les particules chargées se dissipent alors sous l'effet de la force électrique et se neutralisent au contact d'un objet de charge inverse. Les décharges de corona se produisent par conséquent généralement entre une électrode de rayon de courbure faible (un défaut du conducteur formant une pointe par exemple) tel que le champ électrique à ses environs soit suffisamment important pour permettre la formation d'un plasma, et une autre de rayon de courbure important (une plaque métallique ou la terre).

Une décharge de corona peut être positive ou négative selon la polarité de l'électrode de faible rayon de courbure. Si elle est positive, on parle de corona positif, sinon, de corona négatif. Du fait de la différence de masse entre les électrons (négatifs) et les ions (positifs), la physique de ces deux types de corona est radicalement différente. A titre d'exemple, une décharge de corona produit de l'ozone quelle que soit sa polarité, mais un corona négatif en produit bien plus qu'un corona positif.

Si la géométrie du conducteur et la valeur du champ sont telles que la région ionisée s'étende au lieu de se stabiliser, le courant peut finir par trouver un chemin jusqu'à l'électrode inverse, il se forme alors des étincelles ou un arc électrique.

Au niveau microscopique

Les décharges de corona, qu'elles soient positives ou négatives ont des mécanismes en commun :

  1. Un atome ou une molécule neutre du fluide environnant l'électrode est ionisée par un événement extérieur (par exemple par interaction avec un photon), un ion positif et un électron sont créés.
  2. Ces deux particules étant de charge inverses, le champ électrique crée sur chacune d'elles une force électrique égale en norme mais de sens opposé et les sépare, empêchant leur recombinaison et leur apportant une énergie cinétique importante.
  3. L'électron étant de masse bien plus faible que l'ion, il est fortement accéléré, et entre en collision avec des atomes neutres, ce qui tend à créer de nouvelles paires électrons/ions positifs, qui suivront le même processus. On parle d'effet d'avalanche.
  4. Des ions ainsi créés sont attirés par la seconde électrode et permettent ainsi l'établissement d'un courant.

Propriétés électriques

Le courant entraîné par une décharge de corona peut se déterminer en intégrant la densité de courant à la surface du conducteur. La puissance dissipée est le produit de ce courant et de la tension entre les deux électrodes.

Applications des décharges de corona

Les décharges de corona ont de nombreuses applications commerciales et industrielles.

Problèmes liés aux décharges de corona

Les décharges de corona peuvent produire des bruits audibles et des perturbations sur les fréquences radio, surtout à proximité des lignes à haute tension. Elles représentent aussi une perte de puissance. Enfin, les réactions qu'elles provoquent dans l'atmosphère pourraient avoir un impact sur la santé. C'est pourquoi les installations de transmission électrique sont conçues pour minimiser la formation des décharges de corona.

Les décharges de corona sont spécifiquement à éviter dans :

Réduction de l'effet corona sur les lignes électriques

La réduction de l'effet corona sur les lignes à haute tension par des mesures spécifiques n'est généralement indispensable que lorsque le niveau de tension de la ligne dépasse 345 kV. Au-delà de la réduction des nuisances aux populations, le coût économique des pertes en ligne par effet Corona peut justifier à lui seul de prendre des mesures correctives. Ces mesures sont de 2 types :

Le choix du nombre de conducteurs d'une ligne électrique se fait par conséquent selon le courant à transiter, des conditions climatiques, des effets de peau et corona, et bien-sûr des aspects économiques. Un critère simple servant à limiter l'effet corona sur les lignes électriques consiste à s'assurer que le champ superficiel sur le conducteur ne dépasse pas une valeur de l'ordre de 17 kV/cm.

Réduction de l'effet Corona dans les postes électriques

Dans les postes électriques haute tension, les considérations précédentes restent valables. L'aspect de perturbations sur les fréquences radio devient critique, à cause de la présence d'équipements électriques sensibles. Les appareils HTB (sectionneur, disjoncteur à haute-tension, parafoudre, …) doivent être conçus et testés pour limiter ces perturbations radio-électriques liées à l'effet corona.

Voir aussi

Feu de Saint-Elme

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 07/04/2010.
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