Contributions à la caractérisation des filtres à électret par la mesure du déclin de potentiel de surface

par Belaid Tabti

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Lucian Dascalescu.

Soutenue en 2011

à Poitiers .


  • Résumé

    Les forces électrostatiques augmentent notablement l'efficacité de collecte des particules plus fines dans les filtres à électret. En dépit de nombreuses études réalisées jusqu'à présent, la caractérisation de l'état de charge des medias filtrants à électret et la stabilité de ces charges reste à approfondir. L'étude que nous avons effectuée est focalisée sur la formation d'électrets fibreux non tissés, afin d'améliorer les performances des filtres industriels. Son objectif est double : (1) évaluer la réponse de cette classe de matériaux diélectriques à un dépôt de charges générées par décharge couronne ; (2) appréhender les mécanismes complexes responsables d'affaiblissement de son état de charge. L'étude du processus de génération des charges électriques ainsi que le contrôle du dépôt de celles ci à la surface des diélectriques fibreux sont facilités par la réalisation d'un système d'électrode couronne de type "triode". La caractérisation de l'état de charge et la stabilité de l'électret est essentiellement basée sur la mesure du potentiel de surface, réalisée à l'aide d'une sonde à condensateur vibrant de Kelvin. Le suivi du déclin de potentiel de surface dans le temps est piloté par ordinateur, l'acquisition des données étant effectuée à l'aide d'un instrument virtuel (LabView). Les données expérimentales sont ensuite traitées et analysées à l'aide des routines développées dans l'environnement Matlab. Les essais ont été réalisés sur des échantillons en Polypropylène non-tissés, caractérisés par des différentes tailles et orientations des fibres. Ces caractéristiques intrinsèques des matériaux affectent sensiblement le niveau initial et la dynamique du potentiel de surface. La caractérisation du media filtrant à électret est réalisée pour plusieurs situations et conditions de formation d'électret fibreux non tissés, à savoir, le niveau et la polarité du potentiel de la grille par lequel le dépôt des charges est contrôlé, la température à laquelle l'échantillon est chauffé avant qu'il reçoit des charges générées par la décharge couronne et l'humidité relative à laquelle le dépôt des charges et le déclin du potentiel se déroulent. Nous avons constaté que le niveau initial de charge des médias fibreux est limité par des décharges électriques, dues à des intensifications locales du champ électrique. Les courbes de déclin de potentiel se distinguent de celles obtenues pour des surfaces continues telles que les films et les plaques polymères, malgré certaines similitudes, comme le phénomène de "cross-over". À température suffisamment élevée, le piégeage des charges en profondeur est plus stable, par contre l'humidité accroît déclin de potentiel de surface et la conduction de la charge vers l'électrode liée à la terre. Également, des dépôts successifs des charges électriques réduisent sensiblement le déclin de potentiel et augmentent la stabilité de l'état de charge des filtres à électrets.

  • Titre traduit

    Contributions to the characterization of electrets filters by surface potential decay measurements


  • Résumé

    Electrostatic forces increase the collection efficiency of fine particles in electrets filters; The objective of the present, carried with industrial, was double: (1) evaluate the response of this class of dielectric materials to a deposit of charges generated by corona discharge in a "triode"-type electrode system; (2) understand the mechanisms of charge decay, by measuring the electric potential at the surface of the samples, using a vibrating capacitor probe connected at the electrostatic voltmeter. The acquisition and processing of data were performed using a virtual instrument (LabView) and routines developed in Matlab environment. The tests were performed on samples of polypropylene non-woven fabrics made of fibers of different sizes and orientations. These intrinsic characteristics of the materials affect the initial level and the dynamics of the surface potential. The behaviour of the filter media is also influenced by the following factors: level and polarity of the potential of the grid electrode that controls the charge deposition; the temperature at which the sample is preheated; the relative humidity of ambient air. The initial level of charge of the fibrous media is limited by partial discharges, due to local intensification of the electric field. At high temperatures, the trapping of charges is more stable, while the humidity increases the conduction of charge to the electrode connected to ground. Successive deposits of electrical charges significantly reduce the potential decay and increase the stability of the charge state of the filters.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (138 p.)
  • Annexes : 145 réf. bibliogr.

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