William BUSSIÈRE

Maître de conférences à l’IUT Université Clermont Auvergne (UCA), site d’Aubière, département Mesures Physiques, section 63 (Génie électrique, électronique, photonique 
et systèmes), EDSF (École Doctorale des Sciences Fondamentales)
Laboratoire de recherche de 2001 à 2016 : Laboratoire Arc Électrique et Plasmas Thermiques,
UBP CNRS UMR 6069/ EA 4646
Laboratoire depuis 2017 : Laboratoire de Physique de Clermont, UCA CNRS UMR 6533, équipe Santé,
Environnement et Énergie

2000 Doctorat en Physique des Plasmas, LAEPT UBP CNRS.2001 Maître de conférences à l’UCA
2008 Habilitation à Diriger des Recherches

Responsabilités scientifiques
Depuis 2008 Responsable de la thématique Appareillages de protection électrique
2014-2016 Directeur du LAEPT et responsable ZRR

Parce que dans mon cas il s’agit d’une interaction continue entre des travaux plus fondamentaux en laboratoire et le souci de pouvoir trouver une application dans le secteur industriel notamment concerné par la sécurité des biens et des personnes.
Ces industries sont des poumons économiques pour nos territoires et des points de chute essentiels pour les étudiants de nos formations et de plus en plus pour les doctorants de nos laboratoires.
Il y a donc un lien direct entre la recherche académique et les demandes en évolution de la société sur des aspects très divers et concernés de près ou de loin par les arcs électriques et les plasmas thermiques.
C’est ce que je qualifie de continuum université entreprise et que je cherche à promouvoir car les partenaires socioéconomiques sont des sources de financement très utiles pour nos laboratoires (stages de MASTER, thèses, matériels).

Contrats de recherche depuis 2001
•Contact local pour le GDR EMILI (Étude des milieux ionisés : plasmas froids créés par décharge et laser) depuis 2021.
•Contrats gré à gré avec les industriels sur les appareillages de type fusible, sur l’interaction plasma-isolant-surfaces, sur les disjoncteurs basse tension et haute tension, sur les interrupteurs DC, sur les allumeurs plasma depuis 2001.
•Contrats FUI (Fonds Unique Interministériel) de la DGE (Direction Générale des Entreprises) : ACOIFF (Amélioration de la compétitivité par l’innovation de la fabrication des fusibles pour la protection électrique) en 2008-2012, et FE2E (Fusible écologiquement et économiquement efficace destiné à la protection des onduleurs à commutation en tension) en 2013-2017.
•Contrat RAPID sur les réseaux électriques de bord en 2012-2015.
  
  Maquette fusible de laboratoire en fonctionnement      
  

 
Observation d'une fulgurite après fonctionnement d'un fusible 
                                        
 

Observation de la désintégration d'un fil fusible par imagerie ultra-rapide                               

Encadrement doctoral - expertise
•Direction et codirection de 3 thèses de doctorat, 4 ingénieurs CNAM.
•Encadrement et coencadrement de 14 stages de DUT MP.
•Expert pour l’ANR (Agence Nationale de la Recherche), l’ANRT (Association Nationale Recherche Technologie), le programme européen FP7 (2007 à 2013), relecteur pour les revues internationales notamment celles de l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) et de l’IOP (Institute of Physics), membre de l’Editorial Board de la revue IRSN Thermodynamics (2011 à 2014).

 
J’ai d’abord développé mes recherches au sein du Laboratoire Arc Électrique et Plasmas Thermiques de l’UBP/UCA (LAEPT) puis maintenant au Laboratoire de Physique de Clermont ou LPCplus qui est une UMR du CNRS appartenant à l’Institut de Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3).
Depuis 2017, le LCPplus est la réunion d’une UMR et de trois équipes associées : LAEPT, LPC (Laboratoire de Physique Corpusculaire), PCSN/C-biosenss (Physico-Chimie des Surfaces Nanostructurées) et RGM (Réparation du Génome Mitochondrial).
Le LPCplus développe des activités de recherche à caractère fondamental, allant du monde de l’infiniment petit (les particules les plus élémentaires, leurs inte¬ractions, les noyaux) au monde de l’infiniment grand (l’astroparticule et la cosmologie).
Ses activités s’étendent également sur les domaines des plasmas, des sciences du vivant et de l’environnement, réunissant physiciens, biologistes et physico-chimistes. Mes activités font partie de l’équipe Santé, Environnement et Énergie.

Mes activités sont principalement expérimentales et concernent les arcs électriques et les plasmas d’arc dédiés en partie aux appareillages de sécurité électrique. Les interactions avec les acteurs socioéconomiques sont très présentes. Cela demande d’établir des relations de confiance car les enjeux pour les services RDI (Recherche Développement Industrialisation) sont très importants. Les connaissances nouvelles servent autant pour rédiger des publications dans la limite de la confidentialité des résultats que pour créer de la valeur au sein des industries partenaires qui jouent un rôle structurant de premier plan dans nos territoires.Ces travaux se résument en la mise en œuvre de dispositifs expérimentaux, la réalisation des mesures et leur traitement afin de permettre l’interprétation des mécanismes de dissipation de l’énergie d’origine électrique dans les appareillages de protection. Une partie concerne la mesure de données de base indispensables à la modélisation. Par exemple l’influence des propriétés morphométriques de l’isolant poreux minéral dans le cas du fusible MT ou du RM6 sur les caractéristiques électriques et physiques du plasma d’interaction vecteur de la dissipation de l’énergie du défaut électrique. Ces données sont utilisées soit pour valider les modèles par une comparaison mesure/modèle, soit pour fournir des données de base non accessibles par les modèles. Une autre partie concerne le développement de sources de puissance avec l’ensemble de l’instrumentation nécessaire à la réalisation des mesures. Par exemple, pour comprendre le fonctionnement d’un appareillage il faut mesurer la température et la densité électronique par spectroscopie OES d’une part (équation du transfert radiatif), et la conductivité électrique, la pression et l’énergie dissipée d’autre part. Développer ces travaux en lien avec l’industrie c’est aussi faire participer différentes compétences depuis les discussions préparatoires avec la signature d’un NDA avec l’aide de la DRED de l’UCA. C’est le point de départ fondamental afin de pouvoir par la suite concevoir des bancs de mesures spécifiques, collaborer avec les services techniques présents dans nos laboratoires ou bien ceux présents en entreprise qui sont particulièrement réactifs pour intégrer les contraintes imposées par nos diagnostics. C’est aussi très enrichissant lorsque je travaille par exemple sur le gaz de remplacement des disjoncteurs haute tension à cause de son pouvoir de réchauffement (augmentation de l’effet de serre) ou sur la compréhension des mécanismes physiques qui interviennent lors du fonctionnement d’un fusible moyenne ou haute tension qui est la protection ultime sur les réseaux de transport ou sur les véhicules électriques (motrices, voitures).

Mots clés : arc électrique – plasma – sécurité électrique – sécurité des biens et des personnes – poreux – perte de charge

 

• Dans le cadre du FUI ACOIFF et d’un stage de Master 2 sur la répartition des forces de Laplace au sein d’un élément fusible, les résultats ont été valorisés par un brevet (WO 2012/123589 A1) co-déposé par l’UCA et MERSEN (Saint-Bonnet-de-Mûre, Rhône).
• Création de la plateforme technique UTAH (Units for Thermodynamics And Hydrodynamics) par une équipe mixte IUT UCA / CNRS grâce à l’appui du Service Partenariat et Valorisation du CNRS Rhône Auvergne. La première phase est opérationnelle (mesure des pouvoirs calorifiques), la deuxième concernera la mesure des pertes de charge dans les milieux poreux (avec des applications futures telle que la filtration des eaux).
• Favoriser les échanges entre université et entreprise afin d’améliorer l’employabilité des docteurs dans les entreprises, le module SP44 « Docteurs en Entreprises » qui résulte d’une convention entre l’UCA et l’IESF Auvergne aide les doctorants à préparer cette insertion professionnelle.
 

Je collabore régulièrement avec des industries du domaine de la sécurité électrique et du secteur dual, cela représente au total plus d’une dizaine de collaborations dont certaines ont duré plus de quinze ans par exemple sur les appareillages de type fusible avec le soutien de l’entreprise MERSEN. Cette expertise sur les fusibles m’a permis d’organiser comme Co-Chairman l’édition 2007 de l’ICEFA (International Conference on Electric Fuses and their Applications) à Clermont-Fd qui la seule conférence internationale dédiée aux fusibles et qui a lieu tous les quatre ans. Ces contrats permettent aussi de collaborer avec d’autres laboratoires du territoire spécialisés dans l’électrotechnique, l’électronique, les matériaux, la mécanique des fluides (SIMAP, LEGI par exemple, Grenoble, Isère). Parmi les collaborations multipartenaires et pluridisciplinaires, il y a eu deux FUI (Fonds Unique Interministériel) supportés par la DGE (Direction Générale des Entreprises) et les pôles de compétitivité TENERRDIS et POLE EUROPEEN DE LA CERAMIQUE avec MERSEN, un RAPID avec la DGA (Toulon, Var), et plus récemment une collaboration avec SOCOMEC (Benfeld, Bas-Rhin) sur les interrupteurs-sectionneurs pour le DC appliqués à la protection des installations photovoltaïques avec le soutien de l’ANRT via une bourse de thèse CIFRE. J’ai travaillé sur d’autres sujets tels que les disjoncteurs haute tension dans le cadre du consortium AERE (Appareillage Électrique Respectant l’Environnement) avec AREVA (Villeurbanne, Rhône) où il s’agissait de trouver un remplaçant au SF6 qui a un GWP (Global Warming Potential relatif à l’augmentation de l’effet de serre) 23900 fois plus important que le CO2 ; les disjoncteurs basse tension avec HAGER (Obernai, Bas-Rhin) où il fallait caractériser l’influence de la nature des isolants constituant les parois gazogènes sur les mécanismes physiques responsables de la performance.

                                    

Focus sur FE2E ou Fusible Ecologiquement et Economiquement Efficace destiné à la protection des onduleurs à commutation en tension.

Choix du focus : le contrat FE2E a anticipé la demande toujours croissante des convertisseurs de puissance liée aux usages de consommation et de mobilité qui tendent vers le tout électrique. La société demande une disponibilité de la ressource électrique en tout lieu et à tout instant et en toute sécurité … Le fusible est la protection ultime.

Contexte : les convertisseurs de l’électronique de puissance sont des dispositifs très fiables, dont l’usage est largement répandu dans de nombreux secteurs d’activités industriels, de service, voire domestiques. Il existe toutefois un risque non négligeable de défaillance d’un semi-conducteur assurant la commutation dans les bras. Auquel cas, le semi-conducteur se met en court-circuit et toute la puissance disponible dans la source va être débitée dans le bras concerné. Il y a alors un grand risque d’explosion du semi-conducteur … d’où le rôle fondamental joué par le fusible qui doit être amélioré.

Arc électrique et projections lors d’une décharge de banc capacitif 6 kA.
 

Publications récentes

•J. Almurr, W. Bussière, J. Hertzog, D. Rochette, Numerical investigations on the electric arc behaviour upon contact opening in a low-voltage switch under the effect of external magnetic field, Electric Power Systems Research 209 (2022) 107945, pp. 10.
•W. Bussière, D. Rochette, S. Clain, P. André, JB. Renard, Pressure drop measurements for woven metal mesh screens used in electrical safety switchgears, International Journal of Heat and Fluid Flow, 65, 60-72, 2017.
•Bilan des publications : 125 au total, dont 25 articles, 2 articles de Review, 1 brevet, 2 conférences invitées, 61 rapports de contrats avec l’industrie, et le reste sont des articles/communications dans des congrès nationaux et internationaux, de vulgarisation notamment pour la revue REE de la SEE, des hors-séries du CNRS et de la MRCT (Mission des Ressources et Compétences Technologiques).