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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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1. Évolution des matériaux diélectriques
Depuis le début des années 1980, une volonté évidente d'avancer dans la caractérisation des matériaux diélectriques s'est développée au niveau mondial. Cette tendance a pris corps peu à peu devant les problèmes posés par la durée de vie des composants. En effet, le monde industriel de l'électricité, de l'électronique s'est fortement orienté vers la miniaturisation. Celle-ci doit aussi se faire en accroissant les performances des appareils. Les contraintes volumiques ou surfaciques mécaniques, thermiques, électriques, radiatives n'ont cessé de croître, provoquant souvent des réductions de durée de vie.
Les matériaux diélectriques sont considérés alors comme les plus fragilisés. Dans les années 1985-1987, lors des congrès internationaux réunissant chercheurs, universitaires et industriels, un paramètre, longtemps soupçonné – mais non mesurable jusqu'alors –, a émergé : il s'agit de la charge d'espace. Cette charge volumique ou de surface, due à des impuretés ou des défauts de structure, contribue localement à créer des champs électriques très forts qui affaiblissent le matériau et modifient sensiblement ses propriétés. Ainsi, depuis ces 20 dernières années, plusieurs techniques de mesure de distributions spatiales de champ électrique et de charges d'espace sont apparues, permettant de mieux comprendre et de prévenir les défaillances. Cette nouvelle technique, dont certains exemplaires sont maintenant installés dans des laboratoires industriels, caractérise le diélectrique au niveau de sa microstructure : il s'agit donc d'une analyse très fine. Il semble donc opportun de la proposer de façon assez complète, en souhaitant que son utilisation devienne plus familière et aboutisse un jour à sa normalisation.
En essayant d'aider l'ingénieur dans ses choix et ses solutions, nous présenterons donc les mesures classiques et nouvelles après avoir défini les termes importants et les grandeurs mesurables. Nous indiquerons aussi les potentialités de chaque technique.
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