Polymères et composites pour l'électrotechnique

Les composants et systèmes du génie électrique intègrent nécessairement des éléments d'isolation électrique entre des éléments portés à des potentiels différents ou dans un souci de protection des biens et des personnes. Parmi ces matériaux, les polymères et les composites à matrice polymère occupent une place très importante, se substituant à des matériaux purement inorganiques (isolateurs verre ou porcelaine) ou à des associations type papier huilé, dont la maintenance et l'écocompatibilité sont des points faibles. Pour diverses raisons liées :

• aux performances intrinsèques des matériaux et à la variabilité des propriétés selon leur nature ;

• aux évolutions des systèmes eux-mêmes ;

• aux conditions de mise en œuvre ;

• à la recyclabilité ;

• à des considérations économiques ;

  on s'oriente en priorité vers ces matériaux, dans l'électrotechnique comme dans bon nombre d'autres domaines (constructions aéronautique et automobile, bâtiment…). Au sein même des systèmes électriques, les fonctions qu'ils assurent et les contraintes qu'ils doivent endurer en complément de l'isolation électrique sont très variables. La résistance des matériaux organiques à ces diverses contraintes étant elle-même très variable selon leur nature et leur formulation, il en résulte une multitude de possibilités offertes dans laquelle il est effectivement difficile d'identifier les solutions optimales.

Au cours du temps, la conception des systèmes a évolué en prenant en compte des possibilités offertes par la souplesse de mise en forme de ces matériaux. Parallèlement, les critères de tests se sont adaptés, et les matériaux eux-mêmes ont évolué dans une certaine mesure pour s'adapter aux contraintes du domaine. Cependant, les performances des matériaux du point de vue de la tenue diélectrique ne se déduisent pas de façon déterministe de leur structure ou de leur formulation. Cela, combiné au fait que les marchés potentiels sont relativement modestes en comparaison à d'autres domaines, fait que l'on reste tributaire des produits offerts par l'industrie chimique, et condamnés à réaliser des séries de tests multiples avec des contraintes et des géométries proches des conditions de service pour valider des choix de conception.

L'objectif de ce dossier est de fournir au lecteur des éléments d'information sur la tenue des matériaux aux contraintes environnementales et de service dans le domaine de l'électrotechnique, et les raisons pour lesquelles certaines familles de matériaux peuvent convenir plus que d'autres. Au-delà de la fonction isolation, sont considérées également les applications dans le domaine du stockage d'énergie (condensateurs).