Corrélation entre les charges d'espace accumulées et les déformations mécaniques induites dans des isolants organiques solides soumis à un champ électrique

par Tung Tran Anh

Thèse de doctorat en Génie électrique

Soutenue en 2011

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'accumulation de charges d'espace et les déformations mécaniques induites sous contraintes électriques sont deux facteurs potentiels du vieillissement des isolants organiques solides à travers les dégradations des microstructures tant physiques que chimiques. Au fil du temps, les propriétés des matériaux isolants peuvent changer sous l'action de ces deux facteurs conduisant à une baisse des performances d'isolation qui peut aller jusqu'à la défaillance complète. Nos résultats montrent que les effets de charges d'espace et de déformations mécaniques induites ne sont pas indépendants. Il existe une corrélation entre eux et l'objectif de notre travail est de la mettre en évidence. Nous avons ainsi mis en place un banc de mesure original qui permet d'effectuer consécutivement les deux mesures : mesure de charges d'espace par la FLIMM (Focused Laser Induced Modulation Method) et mesure des déformations mécaniques induites par la DIC (Digital Image Correlation). La particularité de ce banc de mesure réside dans le fait que l'échantillon testé n'est pas manipulé pendant les mesures. Dans un premier temps, la performance de la DIC dans le suivi des déplacements et la détection des déformations planes a été analysée. Ceci nous a permis de bien quantifier les limites des mesures de déplacements ou de déformations. Ensuite, une technique de lissage du champ de déplacement a été mise en œuvre, elle permet par la suppression du bruit, d'améliorer la résolution de détection des déformations. Dans un second temps, la validation expérimentale de la DIC a été effectuée. Des mesures des coefficients d'expansion thermique des matériaux connus ont été effectuées permettant de valider la technique proposée. Enfin, la corrélation entre les charges d'espace et les déformations mécaniques induites dans des isolants polymères a été mise en évidence expérimentalement. Pour cela, des mesures de déformations mécaniques induites et de charges d'espace des films de PEN, de PU et de PTFE polarisés sous champ électrique ou irradiés par un faisceau d'électrons ont été réalisées.

  • Titre traduit

    Correlation between space charge accumulation and induced mechanical deformation in solid organic insulators subjected to an electric field


  • Résumé

    The accumulation of space charge and the mechanical deformation induced by an electrical stress are two potential factors of ageing of insulating organic solids through the degradation of physical and chemical microstructures. Over time, the properties of insulating materials can change under the action of these two factors leading to a decrease in insulation performance up to the complete failure. Ours results show that the effects of space charge and induced mechanical deformation are not independent. There is a correlation between them and the aim of our work is to highlight this aspect. We thus developed an original set-up which makes it possible to take two measurements consecutively : that of space charge by the FLIMM (Focused Laser Induced Modulation Method) and that of mechanical deformation induced by the DIC (Digital Image Correlation). The particularity of this experimental set-up is the fact that the measurements are carried out without any manipulation of the tested sample during the measurements. Initially, the performance of the DIC in the follow-up of displacements and the detection of the plane deformation were analyzed. This allowed us to properly quantify the limits of the displacements or deformation measurements. Then, a smoothing technique of the displacement field was implemented, it allows, by the suppression of the noise, to improve the resolution of detection of the deformation. In a second time, the experimental validation of the DIC was carried out. Measurements of the thermal expansion coefficients of known materials were undertaken, making it possible to validate the proposed technique. Finally, the correlation between space charge and induced mechanical deformation in insulating polymers has been demonstrated experimentally. For this, measurements of induced mechanical deformation and space charge of PEN, PU and PTFE films polarized under electric field or irradiated by an electron beam were performed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (154 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 134-154

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 TOU3 0145
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