Influence du vieillissement thermique sur les propriétés du polyéthylène réticulé chimiquement utilisé dans l'isolation des câbles de haute tension

Abstract

Cette thèse porte sur l’étude de l’influence du vieillissement thermique sur les propriétés du polyéthylène réticulé chimiquement (PRC) utilisé dans l’isolation des câbles moyenne tension (18/30 kV) fabriqués par l’Entreprise Nationale des Industries des Câbles de Biskra (ENICAB). Les travaux de recherche réalisés consistent à caractériser les propriétés diélectriques, mécaniques et physico-chimiques du PRC soumis à un vieillissement thermique accéléré. L’originalité de cette étude réside dans le fait qu’elle présente un complément de résultats de caractérisation basé sur des techniques physico-chimiques pour identifier les changements causés par le vieillissement à l’échelle moléculaire. Dans une première partie, nous présentons les variations des propriétés diélectriques (facteur de pertes diélectriques, permittivité relative et résistivité transversale) en fonction du temps du vieillissement, de la température et de la fréquence. La deuxième partie est consacrée à l’évolution des propriétés mécaniques en fonction du temps de vieillissement, et la troisième partie, à la caractérisation des changements causés par la contrainte thermique au niveau de la structure moléculaire du PRC. Cette caractérisation physico-chimique est effectuée en utilisant des analyses FTIR, DSC et Xray. Les résultats obtenus montrent que le vieillissement thermique a une grande influence sur les propriétés du PRC. Notre thèse s’articule autour de quatre chapitres: Les deux premiers collectent les éléments bibliographiques nécessaires et permettant de cerner les connaissances actuelles se rapportant au sujet traité. Le premier chapitre est consacré à une recherche bibliographique sur l’utilisation des matériaux polymères dans l’isolation des câbles de haute tension. Nous présentons les propriétés diélectriques des matériaux polymères, et donnons une description des deux matériaux les plus utilisés, surtout en Algérie, dans l’isolation des câbles haute tension: le PVC et le PE. Les différentes techniques de réticulations du polyéthylène et les procédés de fabrication des câbles isolés au PRC sont traités dans la dernière partie de ce chapitre. Dans le deuxième chapitre, nous faisons d’abord un rappel sur les mécanismes de vieillissement thermique puis précisons les étapes d’un vieillissement sous la contrainte électrique. Nous présentons en dernier lieu les modèles de durée de vie et l’endurance thermique d’un isolant solide. Dans le troisième chapitre, nous expliquons les techniques expérimentales utilisées dans la caractérisation du polyéthylène réticulé chimiquement soumis à un vieillissement thermique accéléré. Dans le quatrième chapitre, nous donnons les résultats de caractérisation de notre matériau suivis par des interprétations, des commentaires et des comparaisons à d’autres résultats obtenus par d’autres chercheurs. Dans une première partie de ce chapitre sont présentées les variations des propriétés diélectriques (facteur de pertes diélectriques, permittivité relative et résistivité transversale) en fonction du temps de vieillissement, de la température et de la fréquence. L’évolution des propriétés mécaniques (allongement à la rupture et résistance à la traction) en fonction du temps de vieillissement est présentée dans la deuxième partie. L’évolution de la morphologie du PRC au cours du vieillissement a fait l’objet de la troisième partie de notre travail. Les changements causés principalement par la dégradation thermo-oxydante et l’évolution de la cristallinité en fonction du temps de vieillissement, sont caractérisés par des techniques physico-chimiques telles que FTIR, DSC et Xray.