La soutenance de thèse d’Assane NDOUR intitulée : « Modélisation et caractérisation expérimentale du champ électrique et des charges dans un isolant de câbles HVDC de type polyéthylène réticulé » aura lieu le mercredi 26 février 2025 à 9h30 à l’amphithéâtre Einstein de l’Université Paul Sabatier.
Ce travail, encadré par Séverine LE ROY et Gilbert TEYSSEDRE, a été réalisé au sein du groupe DSF dans le cadre d’une collaboration entre le LAPLACE et la société NEXANS.
Le jury sera constitué de :
M. Jérôme CASTELLON, Rapporteur, Université de Montpellier
M. Sébastien PRUVOST, Rapporteur, INSA Lyon
M. Stéphane HOLE, Examinateur, Sorbonne Université
M. Raphaël GUFFOND, Examinateur, Nexans France
Mme. Séverine LE ROY, Directrice de thèse, CNRS
M. Gilbert TEYSSEDRE, Co-directeur de thèse, CNRS
Résumé :
Pour des raisons de performance, mais aussi environnementales, économiques et de maintenance, les matériaux polymères, notamment le polyéthylène, sont de plus en plus utilisés comme isolant électrique dans les câbles haute tension. Cependant, sous contrainte électrique continue, ces matériaux synthétiques ont tendance à accumuler des charges électriques (charges d’espace) qui conduisent à un manque de maîtrise de la distribution réelle du champ électrique et qui peuvent compromettre la fiabilité des systèmes de câbles HVDC. En effet, ces charges modifient la distribution du champ électrique et peuvent localement renforcer la contrainte électrique dans l’isolant et l’endommager, conduisant à un vieillissement prématuré du matériau.
L’amélioration de la compréhension des mécanismes de génération, de transport et de piégeage de charges dans les isolants polymères soumis à une contrainte électrique et la prévention de leur dégradation constituent l’une des principales motivations de ce travail. Dans cette optique, l’un des isolants polymères les plus utilisés en HVDC, le XLPE, a été choisi comme matériau d’étude. Nous avons d’abord caractérisé les propriétés électriques de ce matériau en champ et en température sur de longues durées, via des mesures expérimentales de charges d’espace et de courant qui ont permis d’appréhender les mécanismes liés à la génération de charges et à la conduction. Ces mesures ont été menées sur des échantillons plans et sur des mini-câbles maquettes XLPE, dégazés et non dégazés.
Afin de prévoir le comportement des charges et du courant dans le matériau, un nouveau modèle bipolaire de transport de charges de type fluide est ensuite développé. Ce modèle, devant contribuer à améliorer les modèles existants, s’appuie sur une nouvelle description de la distribution des pièges, qui permet de mieux prendre en compte la structure microscopique du polymère en terme d’états localisés dans la bande interdite. Le modèle a d’abord été développé pour le XLPE dégazé dans lequel seules les charges électroniques sont considérées. Nous avons ensuite fait évoluer le modèle en tenant compte des espèces ioniques, en plus des charges électroniques, afin de l’appliquer à un XLPE non dégazé contenant des sous-produits chimiques, qui sont une source majeure de génération d’ions souvent négligée dans les modèles de transport de charges existants. Le modèle est initialement développé en géométrie plane unidimensionnelle, puis étendu à une géométrie cylindrique unidimensionnelle en tenant compte des effets associés à la géométrie du câble, à savoir une inhomogénéité de la contrainte électrique et de la température. Les résultats de simulation de la densité de charges et du courant obtenus avec le modèle se comparent favorablement aux résultats expérimentaux dans plusieurs conditions de champ électrique et de température.
