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Auteur(s)
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Alain TOUREILLE : Professeur émérite à l'université Montpellier 2
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Lire l’articleINTRODUCTION
Lobjet 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.
Nous présenterons d'abord les aspects fondamentaux des grandeurs mesurables, puis le détail des mesures elles-mêmes.
Depuis une vingtaine d'années, de nombreux efforts ont été réalisés pour permettre une meilleure compréhension des diélectriques, éléments principaux du transport, du stockage de l'énergie électrique et des signaux de l'électronique. Compte tenu de l'évolution des énergies et des technologies de communication, ces matériaux prennent de plus en plus d'importance.
Ainsi, nous présenterons les évolutions des techniques de mesure considérées comme classiques puis nous développerons pleinement les nouvelles méthodes développées depuis une vingtaine d'années, notamment au niveau des charges électriques. Ces techniques font l'objet d'attentions particulières, car elles changent la vision que l'on avait d'un « isolant ». Traitant de la microstructure du matériau, ces problématiques sont au cœur du problème, comme en témoignent les nombreuses publications et brevets déposés à ce sujet.
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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 courante de juil. 2019 par Alain TOUREILLE
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2. Définitions et grandeurs mesurables
2.1 Matériau diélectrique
C'est un matériau isolant homogène, qui peut contenir et transporter un champ électrique : il s'agit donc d'un matériau qui n'a pas de porteurs de charge libre dans tout son volume. Un exemple idéal serait le vide absolu. Mais cette situation – utilisée dans quelques cas exceptionnels – ne convient pas généralement, et on doit faire appel à des matériaux solides, liquides ou gazeux suivant les applications. Ces matériaux sont constitués d'atomes, de molécules, d'ions liés par des forces électriques. Ainsi, l'application d'un champ électrique élevé va perturber la structure même du diélectrique. Tous les électrons des isolants participent aux liaisons de la structure (pas d'électrons libres dans la bande de conduction, a contrario des matériaux conducteurs où la présence de nombreuses charges libres permet de contrebalancer le champ appliqué et de l'annuler à l'intérieur d'un métal). Dans les solides isolants, le gap bande de valence-bande de conduction atteint plusieurs électrons-volt, mais le désordre engendre des « niveaux localisés » – sous la bande de conduction – qui pourront être occupés.
HAUT DE PAGE2.2 Contacts utilisés
Il est rare de rencontrer un diélectrique « seul ». En général, il est muni d'électrodes conductrices. Il faut alors considérer comme une entité à caractériser le couple « diélectrique-électrode ». On distingue :
-
les électrodes posées contre ou pressées à chaud ;
-
les électrodes peintes ;
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les électrodes déposées sous vide ou par extrusion.
Les deux premiers cas peuvent poser quelques problèmes (espace d'air ou diffusion du dissolvant dans le diélectrique). La structure du contact est complexe, car même dans le cas d'une adhésion parfaite, la rugosité joue un rôle important en provoquant des effets de très forts champs électriques dus aux pointes du conducteur : l'injection locale de charges peut alors être facilitée dans les « niveaux localisés de l'isolant ». Pour des champs faibles, inférieurs au kV/mm, en absence...
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