Soutenance de thèse de TUNG TRAN ANH

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


Titre anglais : Correlation between space charge accumulation and induced mechanical deformation in solid organic insulators subjected to an electric field
Ecole Doctorale : GEETS - Génie Electrique Electronique,Télécommunications et Santé : du système au nanosystème
Spécialité : Génie Electrique
Etablissement : Université de Toulouse
Unité de recherche : UMR 5213 - LAPLACE - Laboratoire PLAsma et Conversion d'Énergie


Cette soutenance a eu lieu mercredi 09 novembre 2011 à 10h00
Adresse de la soutenance : Bâtiment 3R2 LAPLACE - Université Paul Sabatier 118 route de Narbonne 31062 Toulouse Cedex 9 - salle Salle de Colloque

devant le jury composé de :
Serge AGNEL   Professeur   Université de Montpellier 2   Rapporteur
Benoit GUIFFARD   Professeur   Université de Nantes   Rapporteur
Juan MARTINEZ-VEGA   Professeur   Université Paul Sabatier   Directeur de thèse
Laurent BERQUEZ   Professeur   Université Paul Sabatier   CoDirecteur de thèse
Laurent BOUDOU   MCF   Université Paul Sabatier   CoDirecteur de thèse
Abderrahmane BEROUAL   Professeur   Ecole Centrale de Lyon   Examinateur


Résumé de la thèse en français :  

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 : celle de charges d'espace par la FLIMM (Focused Laser Induced Modulation Method) et celle de 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 de dilatation 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. 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 permettant de visualiser la corrélation entre eux à différentes échelles de la structure.

Mots clés : FLIMM, DIC, charges d'espace, déformations mécaniques induites, isolants organiques solides, champ de déplacement, champ de déformation, coefficient de dilatation thermique, faisceau d'électrons, cartographies.

 
Résumé de la thèse en anglais:  

The accumulation of space charge and the induced mechanical deformation by 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 (Laser Focused Induced Method Modulation) and that of mechanical deformations 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 deformations were analyzed. This allowed us to properly quantify the limits of the displacements or deformations measurements. Then, a smoothing technique the displacement field was implemented, it allows by the suppression of the noise, to improve the resolution of detection of the deformations. In the second time, the experimental validation of the DIC was carried out. Measurements of the thermal dilation coefficients of known materials were taken 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. 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 to visualize the correlation between them at different levels of the structure.

Key words : FLIMM, DIC, space charge, induced mechanical deformation, solid organic insulator, displacement field, strain field, thermal dilatation coefficient, electron beam, cartographies.

Mots clés en français :FLIMM,DIC,charges d’espace,déformations mécaniques induites,isolants organiques solides,cartographies
Mots clés en anglais :   FLIMM,DIC,space charge,induced mechanical deformation,solid organic insulator,cartographies