Diélectriques solides et charge d’espace

La fiabilité des dispositifs en génie électrique est largement déterminée par la pérennité des propriétés des isolants. Les défaillances du matériel électrique sont souvent dues à la rupture diélectrique (ou claquage) des isolants. Ces phénomènes se manifestent pour des champs électriques très inférieurs aux champs de rupture mesurés en laboratoire sur les isolants eux-mêmes ou sur des maquettes de systèmes. Cela est largement dû au vieillissement électrique des isolations, terminologie générique qui regroupe l’ensemble des mécanismes par lesquels les caractéristiques électriques des matériaux évoluent dans le temps sous l’action des contraintes de fonctionnement du système. On peut en fait considérer que le champ de rupture de l’isolation diminue avec la durée d’application des contraintes.

Après avoir brièvement rappelé les modes de défaillance des isolants, nous nous intéresserons plus spécifiquement aux matériaux utilisés sous fort champ électrique. Dans ces conditions sévères d’utilisation, les conceptions récentes conduisent à penser que les charges électriques internes (on dit aussi charge d’espace) sont impliquées dans les phénomènes de vieillissement et de claquage. Il est donc essentiel de caractériser l’isolant vis-à-vis de ces charges.

Après avoir décrit les mécanismes de génération des charges, nous envisagerons leur influence sur la distribution du champ électrique.

Nous traiterons ensuite des techniques permettant l’évaluation quantitative des charges internes et l’étude de leur distribution spatiale.

Le claquage fait intervenir la propagation d’arborescences électriques dont nous donnerons les caractéristiques principales.