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Auteur(s)
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Yvan SEGUI : Directeur de Recherches au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) - Laboratoire de Génie électrique ESA 5003. Université Paul Sabatier
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans cet article, on s’intéresse aux mouvements de charges sur des distances beaucoup plus importantes que quelques distances interatomiques. Les courants que l’on va mesurer sont même dus, pour une large part, à des porteurs qui, injectés à partir d’une des électrodes, vont traverser l’épaisseur du matériau. Gardons tout de même en mémoire le fait qu’un mouvement localisé de porteur donnera lieu à un courant mesurable dans le circuit extérieur, même si le porteur ne sort pas du diélectrique.
Mesurer la conduction dans un diélectrique peut, à priori, apparaître comme paradoxal ou inutile, puisque sa fonction principale est, en général, d’assurer une isolation. Toutefois, ce que l’on appelle communément des isolants sont des matériaux dont la résistivité varie de quelques 10 8 Ω · cm jusqu’à 1018 Ω · cm ou plus. Cette variation de plus de 10 décades suggère fortement que plusieurs phénomènes ou mécanismes de conduction peuvent générer des courants.
En outre, d’un point de vue des composants et des systèmes , deux aspects sont extrêmement importants :
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le cas de l’utilisation des matériaux à très faibles pertes (par exemple, les condensateurs) ;
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le cas où l’évolution des très faibles courants de conduction est le signe avant-coureur d’une dégradation des propriétés du matériau d’isolation qui va, à terme, mettre fin à la vie du dispositif.
Il est donc utile, voire indispensable dans certains cas, de pouvoir mesurer, analyser et comprendre l’origine des courants de conduction qui apparaissent dans les isolants lorsqu’ils sont soumis intentionnellement ou non à un champ électrique. Cette nécessité est renforcée par le fait que l’évolution actuelle du matériel en construction électrique tend vers des puissances massiques et des températures de fonctionnement plus élevées. Cette évolution conduit à un accroissement des contraintes, notamment électriques, sur les isolants et ne permet plus la solution de facilité qui consistait à augmenter l’épaisseur d’isolation, mais nous oblige à une utilisation plus proche des limites de tenue des matériaux diélectriques.
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2. Conduction dans les gaz
Le comportement des gaz, utilisés en tant qu’isolants, est détaillé dans l’article Gaz isolants . On ne donne ici qu’un bref aperçu, en signalant que leur comportement est tout à fait différent de celui des liquides et des solides diélectriques à cause de la faible densité de matière et des libres parcours moyens des espèces qui y sont beaucoup plus importants.
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Le comportement d’un gaz sous champ électrique est généralement représenté par la caractéristique tension-courant. Elle a, en champ homogène , l’allure représentée sur la figure 5.
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De l’origine de cette courbe jusqu’au point A, nous avons des régimes dits non autoentretenus pour lesquels le courant, en général très faible, dépend de l’apport d’une source extérieure de rayonnements ionisants.
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À partir du point B, le champ appliqué conduit à une ionisation du gaz suffisante pour que l’on puisse considérer que le gaz devient conducteur de l’électricité. Dans une analyse plus fine on distingue plusieurs régimes de décharge :
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entre B et C : décharge sombre ;
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entre C et F : décharges luminescentes subnormale (C à D), normale (D à E) et anormale (E à F) ;
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au-delà de F, on assiste à une transition vers un arc électrique pouvant véhiculer des courants très intenses.
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Du point de vue des qualités d’ isolation, c’est évidemment la position du point B qui est importante. Elle dépend de la nature du gaz, mais aussi de sa pression et de l’épaisseur de la lame de gaz aux bornes de laquelle est appliqué la tension.
Les courbes qui donnent la valeur de la tension au point B en fonction du produit pd de la pression par la distance interélectrodes sont connues sous le nom de courbes de Paschen. Ces courbes ont été tracées pour tous les gaz usuels (on peut consulter ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRUNET (H.), TEYSSIER (J.L.) - Introduction à la physique des matériaux conducteurs et semiconducteurs. - 316 p. 1992. Dunod Paris.
-
(2) - ANDERSON (P.W.) - * - Physical Review 109, 1958 p. 1492-1498.
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(3) - MOTT (N.F.) - Conduction in non crystalline materials - (Conduction dans les matériaux non cristallins). 128 p. 1987. Clarendon Press Oxford university Press (GB).
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(4) - RAIZER (Y.P.) - Gaz discharge physics - (Physique des décharges dans les gaz). 449 p. 1991. Springer Verlag Berlin.
-
(5) - NASSER (E.A.) - Fondamentals of gaseous ionization and plasma electronics - part 1 - (Bases de l’ionisation dans les gaz et de l’électronique des plasmas − tome 1) 249 p. 1971 Wiley interscience New York (USA).
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(6) - * - Cours de Physique de Berkeley Tome 2 :...
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