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RÉSUMÉ
Cet article traite des techniques de mesures électriques actuelles pour les diélectriques solides. Il s’agit d’aider les ingénieurs et chercheurs dans leur choix de matériaux et composants intervenant dans les systèmes envisagés grâce à leurs propriétés électriques. Les aspects fondamentaux des grandeurs mesurées seront d’abord présentés, puis les techniques utilisées seront détaillées en développant particulièrement les systèmes utiles pour le stockage, le transport de l’énergie électrique et la fiabilité des composants électroniques. C’est ainsi que les nouvelles techniques de mesure des charges électriques présentes dans ces matériaux sont particulièrement utilisées pour estimer leurs performances attendues (caractérisation, durée de vie, vieillissement…).
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Alain TOUREILLE : Professeur émérite à l’université de Montpellier - Institut Électronique des Systèmes, Montpellier, France
INTRODUCTION
L’objet de cet article est de faire le point sur les techniques de mesures électriques des diélectriques existant au début du XXIe siècle, afin d’aider les ingénieurs et les chercheurs dans leur choix de matériaux et composants intervenant dans les systèmes envisagés grâce à leurs propriétés électriques. En effet, les problèmes industriels liés à la fiabilité des matériaux diélectriques solides (claquage, vieillissement, durée de vie…) font appel à une nécessaire caractérisation la plus complète possible afin de définir les limites du composant dans son environnement. Du côté de la recherche, les aspects fondamentaux liés à la conduction, aux échauffements, aux pertes, aux décharges partielles, à la rupture diélectrique, à l’accumulation de charges d’espace avec le temps sont autant de questions posées aux thésards qui ne peuvent trouver de réponse sans des mesures bien planifiées.
Nous présenterons d’abord les aspects théoriques des grandeurs mesurables, puis le détail des mesures elles-mêmes.
Depuis quelques décennies, de nouvelles techniques de mesures électriques ont été réalisées et adoptées maintenant par le monde industriel pour permettre une meilleure compréhension des diélectriques, éléments principaux du transport, du stockage de l’énergie électrique et de la fiabilité des composants de l’électronique. Compte tenu de la croissance et de la diversification des besoins énergétiques d’une part et du large développement mondial des technologies de communication grâce à la miniaturisation, ces matériaux prennent de plus en plus d’importance à la fois dans les domaines de la recherche et sur le plan sociétal.
Ainsi, nous présenterons les évolutions des techniques de mesure considérées comme classiques puis nous développerons pleinement les nouvelles méthodes notamment au niveau des caractérisation des charges électriques présentes dans ces matériaux. Ces techniques font l’objet d’attentions particulières, car elles changent la vision que l’on avait d’un « isolant ». Liée à la microstructure du matériau, l’accumulation de charges constitue des défauts qui limitent les performances des diélectriques, comme en témoignent les nombreuses publications et brevets déposés à ce sujet.
Ainsi aujourd’hui plusieurs techniques ont été utilisées et agréées par le monde industriel.
Dans la bibliographie, pour chaque technique, nous avons classé les publications chronologiquement de façon à montrer les évolutions dans le temps.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1978 par Jean-François MOREL
- Version archivée 2 de avr. 1985 par Jean-François MOREL
- Version archivée 3 de juin 2009 par Alain TOUREILLE
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Conclusion
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3. Techniques de mesures électriques
Après ces aspects fondamentaux, nous allons présenter les différentes techniques de mesures en détails, en précisant les grandeurs que l’on peut atteindre.
3.1 Mesures de courants sous tension continue
L’éprouvette isolante peut être considérée comme un condensateur. À la mise sous tension continue, il apparaît d’abord un courant transitoire (dit « courant d’absorption » qui est dû aux différents phénomènes de polarisation – figure 1). Au bout d’un temps qui peut être important, ce courant peut tendre vers une valeur d’équilibre appelée « courant de conduction » et notée i c. La résistivité se calcule alors avec cette définition du courant de conduction.
En pratique, ce temps nécessaire pour atteindre le régime permanent pouvant être très long (quelques heures, voire quelques jours), on décide de fixer un temps pour cette mesure. Ainsi, la résistivité donnée sera toujours suivie du temps correspondant à cette mesure. Pour une grande partie des isolants, la valeur d’équilibre n’est jamais atteinte pour les basses températures. On procède donc à des températures qui permettent d’atteindre une valeur de i c.
Si on décide de retirer l’alimentation et de court-circuiter ce condensateur chargé, alors le courant qui en résulte est un courant inverse de décharge (dit « courant de résorption » dû aux différents phénomènes de dépolarisation), que nous pourrons étudier plus loin avec les courants de décharge thermostimulés : CDTS.
HAUT DE PAGE3.1.1 Mesure de la résistivité transversale et de la résistivité superficielle
La figure 2 représente la cellule de mesure de la résistivité transversale (ou volumique ρ v). On peut y voir la position des contacts, la source d’alimentation et l’appareil de mesure du courant. Afin d’éviter les courants superficiels dans la mesure de résistivité transversale, on incorpore un anneau de garde mis directement à la masse.
Au...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - AMBROSI (L.E.) - Structural Dependence of the Electrical Conductivity of Polyethylene Terephtalate. - Journal of Polymer Science, vol. 62, p. 331-346 (1962).
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(2) - ROSE (A.) - Concepts in Photoconductivity and Allied Problems. - Interscience Publishers, New York, USA (1963).
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(3) - BUCCI (C.), FIESCHI (R.) - Ionic Thermoconductivity Method for the Investigation of Polarization in Insulators. - Physical Review Letters, vol. 12, no 1, p. 16-19 (1964).
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(4) - COELHO (R.) - Considérations Théoriques sur le contact Métal-Isolant. - Revue Générale d’Électricité, no 6, p. 759-768 (1966).
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(5) - LENGYEL (G.) - Schottky Emission and Conduction in Some Organic Insulating Materials. - Journal of Applied Physics, vol. 37, p. 807-810 (1966).
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Congrès :
JICABLES à Versailles, palais des Congrès depuis 1987, tous les quatre ans
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ICD (International Conference on Dielectrics), IEEE (CEIDP, Conference on Electrical Insulation and Dielectrics), CIGRE (Paris Palais des Congrès).
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International Electrotechnical Commission (IEC)
Nomenclature : normes de la série 60000, 61000, 62000
HAUT DE PAGEDistributeurs – Fournisseurs – Constructeurs
Charges d’espace (MOT) : Amplificateur Dynamique de Courants faibles :
Keithley Instruments Inc. : Keithley 428, Keithley B2985A http://www.keithley.com/,
CA530 NF Corporation ...
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