Étude d’un dispositif de mesure de charges électriques dans les isolants par réflectométrie (Pourvu)

Les isolants électriques ne sont pas une barrière hermétique pour les charges électriques lorsqu’ils
sont soumis à des hautes tensions. Ainsi, les charges électriques qui arrivent à pénétrer l’isolant, s’y
piègent durablement ce qui produit un champ électrique résiduel. Si la somme du champ appliqué et
du champ résiduel dépasse le champ de rupture diélectrique, alors un claquage se produit et l’isolant
est détruit. C’est une situation à éviter absolument dans le cadre du transport de l’énergie électrique.
La seule façon de tester un isolant est de mesurer les charges qu’il contient suite à un stress électrique
de plus ou moins longue durée, typiquement quelques jours.
Le Laboratoire de Physique et d’Étude des Matériaux (LPEM) est à la pointe de la mesure de la distribution
de charges dans les matériaux isolants. Il a développé de nombreuses méthodes de mesures et
d’analyse permettant de s’adapter à tous les besoins courants de l’industrie du câble à haute tension.
L’utilisation d’une conversion élasto-électrique ou électro-élastique pour ce type de mesure est très
intéressante car elle permet d’avoir une image directe et non-destructive de la distribution des charges
dans le matériau, le temps et l’espace étant reliés par la vitesse du son. Cependant, cela nécessite
un couplage acoustique entre l’échantillon testé et le dispositif de mesure qui détériore plus ou oins
légèrement le signal en amplitude et en résolution spatiale. Ce couplage acoustique est par ailleurs
difficile à réaliser dans certaines situations et peut biaiser la mesure.
L’objet de ce stage est de tester une toute nouvelle approche. Au lieu demesurer directement le produit
de conversion, on estime l’énergie qui lui est nécessaire dans la part d’énergie primaire non convertie.
Cela permet de faire l’excitation et la mesure avec la mêmemodalité, par exemple excitation etmesure
électriques, et donc de simplifier toute la chaîne de mesure. Des premiers essais concluants ont été
réalisés avec des matériaux en couche mince. Il s’agit ici de tester cette nouvelle approche avec des
matériaux épais sous haute tension (typiquement 1mmsous 40 à 50 kV) en utilisant un pont spécifique
et un double générateur pour découpler l’excitation du signal de mesure. Les mesures seront ensuite
traitées pour en extraire les informations de charge d’espace. Elles pourront être comparées avec celles
fournies par un dispositif de mesure classique avec les mêmes échantillons.
Ce stage est principalement expérimental et comporte une part de traitement du signal. Les domaines
principaux sont l’électrostatique, l’électronique, les ultrasons, le traitement du signal et l’instrumentation.
Lieu du stage : ESPCI - LPEM - Bat A - 10, rue Vauquelin - 75005 Paris
Encadrement : S. Holé (stephane.hole (arobase) espci.fr)
Durée : 6 mois
Rémunération : Rémunération réglementaire
Évolution : Une poursuite en thèse est envisageable selon les résultats

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