Job Description Summary

GE Vernova est une entreprise mondiale du secteur de l’énergie, organisée en trois segments : Power, Wind et Electrification. Fort de plus de 130 ans d'expérience dans la résolution des défis mondiaux, GE Vernova est idéalement positionnée pour jouer un rôle de leader dans la transition énergétique, en continuant à électrifier le monde tout en travaillant à sa décarbonation, avec plus de 70 000 employés répartis dans plus de 100 pays. Le segment Electrification de GE Vernova fournit des technologies et systèmes de réseau avancés, permettant la transmission et la distribution d'énergie depuis le point de génération jusqu'au point de consommation, et soutient une transition énergétique décarbonisée et sécurisée.

Sur son site industriel situé à Villeurbanne (France), conçoit, teste et fabrique des disjoncteurs haute tension destinés aux opérateurs de réseaux et industriels nationaux et internationaux.

Job Description

Stagiaire - Simulation de la migration de molécules polaires dans un mélange gazeux sous champ électrique constant - Application appareillages HVDC.

Le stage comportera deux étapes principales. La première consistera à réaliser une recherche

bibliographique sur les phénomènes électrostatiques susceptibles de favoriser la migration des

molécules polaires, c'est-à-dire le C4F7N et/ou le H2O (présent sous forme de traces résiduelles

d'humidité), au sein du mélange gazeux g3 (mélange a base de C4F7N/CO2/02) sous pression, en

s'appuyant notamment sur le champ électrique macroscopique imposé par la géométrie de

l'appareillage et le champ résultant crée par les dipôles. La seconde consistera a développer un

premier modèle de simulation, limité dans un premier temps aux effets électrostatiques, afin

d'estimer l'ampleur de ces phénomènes dans une configuration représentative d'un appareillage

haute tension a courant continu (HVDC). La modélisation sera menee dans un premier temps en

géométrie 1D, puis étendue à une géométrie 2D axisymétrique. La personne effectuera son stage au LAPLACE a Toulouse et sera rattachée a la société GE Vernova.

Contacts et encadrement :

Olivier EICHWALD, LAPLACE

Raphael AMIOT

Contexte :

Afin d'améliorer la compatibilité environnementale des appareillages haute tension, le gaz SF6,

actuellement très répandu mais possédant un potentiel de réchauffement planétaire très élevé, est

progressivement remplace par des mélanges gazeux alternatifs. Le mélange g3, combinant du C4F7N (fluoronitrile) avec du CO2 et de I'O2, constitue l'une des alternatives les plus prometteuses pour les applications d'isolation et de coupure en haute tension.

Le developpement des reseaux a courant continu (HVDC) conduit au deploiement d'appareillages

fonctionnant sous tension continue. Or, contrairement au régime alternatif, l'application prolongée

d'un champ électrique continu peut favoriser des phénomenes de transport et de migration des

espèces moléculaires polaires présentes dans le mélange gazeux. Les molecules polaires C4F7N et H2O (dont la présence est liée à des traces résiduelles d'humidité) pourraient ainsi être soumises à une force de dérive sous champ continu rentrant en compétition avec les phénomènes de diffusion.

La migration resultante pourrait, a terme, engendrer une modification locale de la concentration de

C4F7N ou de H2O au sein du volume de gaz, notamment dans les zones de champ électrique intense (points triples, surfaces d'isolateurs, voisinage des électrodes). Une diminution locale de la

concentration de C4F7N se traduirait par un affaiblissement local du pouvoir diélectrique du mélange, pouvant potentiellement favoriser l'apparition d'une décharge et conduire a un amorçage diélectrique prématuré de l'appareillage.

À noter une spécificité propre au régime continu : le champ électrique macroscopique imposé par la géométrie de l'appareillage diffère entre l'état initial a vide (« zéro load »), ou les isolants solides ne sont pas chargés, et le régime établi en pleine charge (« high load »), ou la charge des isolants solides, dépendante de la cartographie thermique de l'appareillage, modifie la répartition du champ. Cette évolution du champ macroscopique constitue une donnée d'entrée essentielle pour l'étude de la migration des espèces polaires.

Sujet :
Dans un premier temps, le stage se concentre sur les phenomenes electrostatiques, laissant les aspects

électromagnétiques ainsi que les effets de diffusion comme pistes d'approfondissement ultérieures.

Le stage se deroulera au laboratoire LAPLACE en plusieurs etapes :

Partie 1 - Recherche bibliographique et analyse physique

. Étude du champ electrique macroscopique impose par la geometrie de l'appareillage en

regime continu, et de son evolution entre l'etat « zero load » et l'etat « high load > en fonction

de la charge des isolants solides et de la cartographie thermique

· Recherche bibliographique sur les mécanismes d'interaction des molécules polaires (C4F7N,

H20) avec le champ electrique, notamment le moment dipolaire induit et le champ resultant

créé par les dipôles

. Collecte des données physico-chimiques du C4F7N et du g3 (moment dipolaire, grandeurs

thermodynamiques)

. Identification, a titre exploratoire, du role potentiel du champ magnetique induit par le

courant dans le conducteur et par le déplacement des charges, ainsi que des phénomènes de

diffusion, en vue d'un approfondissement ulterieur

Partie 2 - Developpement et exploitation d'un outil de simulation

. Développement d'un premier modèle électrostatique, limité aux effets électrostatiques,

couplant le champ macroscopique impose par l'appareillage et le champ resultant induit par

les dipôles polaires

. Modélisation menée dans un premier temps en géométrie 1D, puis étendue à une géométrie

2D axisymėtrique

. Application du modele à une configuration representative d'un appareillage HVDC

. Premiere estimation de l'impact du deplacement des especes polaires sur la rigidité

diélectrique locale du gaz

Compétences attendues :

• Appétences pour la programmation informatique et les outils mathématiques de résolution d'équations différentielles (électromagnétique et/ou mécanique des fluides)
• Culture scientifique en électromagnétisme et/ou physico-chimie moléculaire et/ou génie électrique et/ou physique générale
• Être curieux et motive par le sujet
• Savoir présenter ses résultats et posséder de bonnes capacités rédactionnelles

Lieu du stage :

LAPLACE UMR 5213, CNRS, Toulouse INP, Universite de Toulouse, Bat 3R2, 118 rte de Narbonne, 31650

Toulouse.