Phénomènes non linéaires : contexte et historique
Ferrorésonance dans les réseaux - Définition, description et classification

La ferrorésonance est un phénomène de résonance non linéaire qui peut affecter les réseaux de transport et de distribution de l'électricité. Elle désigne tous les phénomènes oscillatoires, le plus souvent harmoniques, mais aussi pseudo-périodiques, voire chaotiques dans les cas extrêmes, qui se manifestent dans un circuit électrique composé, d'une part, d'une ou de plusieurs inductances non linéaires (comportant des matériaux ferromagnétiques saturables) et, d'autre part, d'un réseau comprenant au moins une capacité alimentée par une ou plusieurs sources de tension généralement sinusoïdales.

La propriété essentielle et caractéristique d'un tel phénomène est de présenter au moins deux régimes stables pour une même excitation. Classiquement, en électrotechnique, on considère que les caractéristiques électriques des composants sont linéaires, ce qui implique que le régime permanent atteint est unique et indépendant des conditions initiales. Ici, la présence d'inductances aux caractéristiques non linéaires peut conduire à des comportements radicalement différents et même surprenants pour les électrotechniciens. Plusieurs régimes permanents différents peuvent apparaître dans un circuit donné en fonction des conditions initiales (flux rémanent, instants d'enclenchement, etc.). Généralement, l'un d'eux est celui que l'on attend habituellement et les autres sont anormaux et parfois même dangereux pour le matériel électrique, car ils présentent des surtensions ou des surintensités.

Le phénomène a déjà été observé à plusieurs reprises dans des réseaux, et il est ainsi possible de classer les comportements que l'on rencontre le plus souvent. Des régimes périodiques de période multiple de celle de la source et même des régimes pseudo-périodiques peuvent apparaître. À noter que la forme d'onde générée, qui illustre le comportement du réseau de façon globale, permet de renseigner sur la typologie du réseau considéré et de son comportement plus ou moins non linéaire.

Les surtensions temporaires harmoniques sur les réseaux sont de nature différente des phénomènes de ferrorésonance, bien que générées par des réseaux de même nature. Les phénomènes s'amortissent en général au bout de quelques secondes, cas le plus fréquemment rencontré sur les réseaux THT.

Les phénomènes non linéaires, que l'on rencontre ici en électrotechnique font également l'objet d'un intérêt croissant dans de nombreux domaines de la physique. On les rencontre aussi en mécanique des fluides, thermique, mécanique, thermodynamique, chimique, et l'exemple le plus connu est la météorologie, avec la sensibilité aux conditions initiales (effet papillon) et la difficulté de prédiction sur un horizon au delà de quelques jours.

Les dossiers [D 91] et [D 92] font le point du sujet. Ce premier dossier [D 91] présente la définition, la description et les classifications des phénomènes observés. Le dossier suivant [D 92] présente la modélisation et les outils permettant l'étude de ces phénomènes, ainsi que les applications aux différentes topologies de circuits.