thumb|Effet corona autour d'une bobine haute tension. thumb|Photo de 1914 : effet corona autour des fils d'antenne TSF de la tour Eiffel, de nuit. thumb|Effet de couronne sur un éclateur (ligne de ) ; il correspond à une perte en ligne et à une production d'ozone troposphérique polluant. thumb|Décharge corona ici provoquée sur une roulette de Wartenberg (dispositif médical utilisé en neurologie), montrant bien la directionnalité du plasma induit.
L'effet corona, aussi appelé « effet couronne » ou « effet de couronne », est un phénomène de entraînée par l'ionisation du milieu entourant un conducteur. Il apparaît quand le champ électrique dépasse une « valeur critique » (mais dont les conditions ne permettent pas la formation d'un arc). Il se manifeste par l'apparition de points lumineux bleuâtres (sur certaines aspérités métalliquesM.Farzaneh, L.C. Phan, "Vibration of high voltage conductors induced by corona from water drops or hanging metal points", IEEE, Vol. PAS-103, No. 9, September 1984.) ou lignes lumineuses ou parfois d'une longue « gaine lumineuse » qui se forme autour des câbles (conducteurs aériens le plus souvent) transportant du courant sous haute tension.
Cet effet (rare aux niveaux de tension de moins de L'effet de couronne.) n'est pas souhaitable sur les lignes électriques, mais est utilisé par l'industrie, entre autres, dans les lampes à plasma.
Le feu de Saint-Elme et les aigrettes lumineuses qui apparaissent parfois sur les pointes métalliques ou diverses aspérités (mâts, paratonnerres, pics montagneux…) à l'approche d'un gros orage sont des formes naturelles de ce phénomène.
Histoire L'effet de couronne a intrigué les physiciens dès qu'on l'a constaté. Son nom provient du fait qu'il évoque l'aspect du halo lumineux périphérique au soleil observé lors des éclipsesGary Claude (1998) Effet couronne sur les réseaux électriques aériens, article publié dans Techniques de l’ingénieur, le 10 février 1998.. Il a fait l'objet de premières publications en 1915 par F.W. Peek qui a alors établi une première loi empirique exprimant le champ seuil d'apparition de cet effet.
La recherche s'est aussi intéressée aux vibrations de câbles induites par l'effet de couronne, à partir des années 1930E.W. Dillard, Transmission Line Vibration due to Sleet, by J.P. Den Hartog, AIEE Trans. pp. 1082-1083, Dec. 1932., et en laboratoire haute-tension et sur la base d'observations et mesures faites in situ sur le réseau électrique industriel, puis on s'est intéressé au début des années 1970 à l'amplitude de ces vibrations, avant de chercher à mieux les expliquer, ce qui fut fait dans les années 1980M, Maaroufi, Vibrations induites par effet de couronne, Thèse de Doctorat, Université de Liège, Belgique 1989., notamment grâce à un code de calcul produit par EDFCode de calcul EFCOR (EFfet CORona). pour analyser la formation des pertes, permettant et avec des conclusions largement acceptées, par exemple produites en 1986 par M.Farzaneh à l'Université Paul Sabatier de ToulouseM.Farzaneh, Contribution à l'étude des mécanismes de vibrations induites par effet de couronne, Thèse de Doctorat, l'Université Paul Sabatier de Toulouse, 1986., de les simulerPierre Demers, Simulation numérique des vibrations induites par effet de couronne sur les conducteurs à haute tension, Mémoire comme exigence partielle de la maîtrise en ingénierie université de Chicoutimi Canada, mai 1994.Mahin Derakhshanin, Simulations numériques des vibrations induites par effet de couronne sur un court conducteur soumis à une pluie artificielle, Mémoire comme exigence partielle de la maîtrise en ingénierie, université de Chicoutimi Canada, août 2001. et, plutôt à partir des années 2000, de les modéliserBendaoud Abdelber, Modélisation du champ électrique et de l'effet couronne dans les installations de haute tension, Thèse de Doctorat en Électrotechnique, Université Djillali liabes, Sidi Bel Abbés, Algérie, Novembre 2004.Gourbi, Abdelkader (2008) Mécanisme des vibrations induites par effet de couronne ; Université Djillali Liabes de Sidi bel Abbes - Magister 2008..
Les physiciens ont d'abord montré que cet effet dépendait du champ électrique superficiel du conducteur, mais aussi de son diamètre, de son état de surface puis de la densité (et humidité) de l'air environnant.
Concernant les lignes électriques, le phénomène a surtout été étudié pour le courant alternatif. Certains auteurs plaident depuis les années 1990 pour des études sur les lignes haute ou très haute tension ou ultra-hautes tensions, en tension continue qui apparaissent dans certains pays (pour les transports longue-distance d'électricité).
Mécanisme Au niveau macroscopique Une décharge de corona se produit lorsqu'un courant, continu ou alternatif, se crée entre deux électrodes portées à un haut potentiel et séparées par un fluide neutre, en général 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.
Lorsque le champ électrique en un point du fluide est suffisamment grand, le fluide s'ionise autour de ce point et devient conducteur. En particulier, si un objet chargé possède des pointes ou des coins (ex: angle de 90 degrés), le champ électrique y sera plus important qu'ailleurs (c'est le pouvoir des pointes), c'est là en général, 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 donc en général 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.
La différence de masse entre les électrons (négatifs) et les ions (positifs) fait que la physique de ces deux types de corona est radicalement différente. Par exemple, une décharge de corona produit de l'ozone (transforme le dioxygène O de l'air en ozone O) quelle que soit sa polarité, mais un corona positif en produit beaucoup moins qu'un corona négatif.
Si la géométrie du conducteur et la valeur du champ sont telles que la région ionisée s'étend 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 : Un atome ou une molécule neutre du fluide environnant l'électrode est ionisé par un événement extérieur (par exemple par interaction avec un photon), un ion positif et un électron sont libérés.Fichier:Corona Discharge initiation-fr.svg Ces deux particules étant de charges 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. Ceci initie le phénomène de claquage. L'électron étant de masse beaucoup plus faible que l'ion, il est fortement accéléré, et entre en collision inélastique 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.Fichier:Corona electrical breakdown-fr.svg Des ions ainsi créés sont attirés par la seconde électrode et permettent ainsi l'établissement d'un courant.Fichier:Corona discharge upkeep-fr.svg
Propriétés électriques La tension nécessaire pour démarrer un effet couronne (en anglais : corona inception voltage, CIV) peut être calculée avec (1929), formulée à partir de données empiriques.. Des articles subséquents fournissent des formules plus précises.
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. Production d'ozone Filtrage de particules contenues dans l'air (climatisation) Destruction de particules organiques contenues dans l'atmosphère : pesticide, solvant… Traitement de surface de certains polymères Photocopieur, imprimante laser Laser à azote Séparation électrostatique (de matières conductrices et non-conductrices)Tilmatine, A., Flazi, S., Medles, K., Ramdani, Y., & Dascalescu, L. (2004). Séparation électrostatique: complément des procédés mécaniques de recyclage des déchets industriels. Journal of electrostatics, 61(1), 21-30. Refroidissement de certains composants électroniques (la migration des particules ionisées génère un flux qui expulse l'air chaud)
Problèmes liés aux décharges de corona Les décharges de corona peuvent produire des bruits acoustiques directement rayonnés par les conducteurs, clairement audibles (grésillement/bourdonnement) En France, la tension (et donc le champ électrique) est alternative (fréquence de 50 hertz) Le champ électrique passe donc par zéro 2 fois par oscillation, à raison de 50 oscillations par seconde.. Le grésillement des lignes électriques correspond aux successions de microdécharges qui se produisent à chaque maximum, soit RTE ; Effet couronne et bruit éolien autour des lignes THT : deux phénomènes physiques, Au-delà des lignes, consulté 2015-01-16.. perturber certaines fréquences radio électriques (radio et télévisuelles, avec des perturbations qui ne doivent pas être confondues avec une autre forme de perturbation des images de télévision, induite elle par les ondes réfléchies sur les lignes, par « écho »), notamment près des lignes à haute tension selon un mécanisme qui a fait l'objet d'un code de simulation par EDFCode de calcul ANALIG (ANAlyse des LIGnes). pour tenir compte des contraintes de passage sous l'égide du CISPR (Comité international spécial des perturbations radioélectriques) ; produire des vibrations (« le galop des lignes électriques »J.Michel Toussaint, "Le galop des lignes électriques Mesures en soufflerie et simulations", Travail de fin d'études, université de Liège, 1998).) qui vont ajouter leurs effets à ceux des vibrations éoliennes des câbles aériensSayah H, Brahami m, Bendaoud A & Rahli M (2004) "Vibrations éoliennes des câbles aériens", La Conférence Nationale sur l’Électrotechnique et ses Applications, Sidi Bel-Abbès, Algérie, Mai 2004. et accélérer le vieillissement des câbles, or, plus la surface d'un conducteur est dégradée, plus l'effet couronne sera important et plus le champ perturbateur sera élevé (le dépôt de particules métalliques ou végétales ou de poussières industrielles, peuvent aggraver cet effet. L'augmentation de la pluviométrie attendue dans une partie de l'hémisphère nord dans le cadre du réchauffement climatique pourrait aussi augmenter le nombre d'heures de perte par effet couronne, chaque goutte d'eau déposée ou suspendue aux conducteurs multiplie le nombre d’aigrettes contribuant aux pertes par effet couronne).