Symposium 2013 Maîtrise du vieillissement des structures, des ouvrages civils et des appareillages Michel Fréchette 1, Antonella Cristiano-Tassi 2 1 IREQ, Science des Matériaux 2 EDF-R&D, Matériaux et Mécanique des composants 1 er et 2 Octobre 2013 Sur la potentialité des nanodiélectriques à prolonger la durée de vie de l’appareillage électrique à haute tension

Groupe – Technologie Plan de la présentation Prélude Nanodiélectrique Vieillissement Retardement/Prolongement 2

Groupe – Technologie Prélude 3 Nous avons posé l’équation suivante à l’orée des années 2000: Nanotechnologie + Diélectrique = Nanodiélectrique ? Une question non-aristotélicienne - basée sur de nouveaux postulats correspondant à l'évolution scientifique du XXe siècle Progrès

Groupe – Technologie Prélude 4 Est-ce que les nanodiélectriques pourraient jouer un rôle dominant/ déterminant dans le retard du vieillissement ou le self-healing des systèmes de matériaux ? Une question presque existentielle …

Groupe – Technologie Prélude 5 NanoD Vieillissement (Retardement passif) Self-healing (Prolongement actif)

Groupe – Technologie Propriétés modifiés des polymères leur formulation (additifs, lubrifiants, plastifiants, stabilisants, colorants, charges: micro ou nanoparticules) Les propriétés des polymères peuvent être ajustées/modifiées suivant : leur mise en œuvre: les procédés (la polymérisation in situ, la dispersion en solution, le mélange par extrusion, le mélange par injection…) et les paramètres (température, vitesse, temps…) peuvent influer de manière conséquente sur la dispersion de charges dans le polymère propriétés finales du matériau

Groupe – Technologie Nanoparticule/Nanostructure 7

Groupe – Technologie Nanoparticule/Nanostructure POSS (PolySilsesquioxanes) entre autres…  Composition chimiques  Formes  Tailles Compatibilisation avec le polymère Niveaux de renforcement (une, deux ou trois dimensions) Surface de contact polymère/charge Différentes: 1nm Nanoargiles (Montmorillonite, hectorite, saponite) Nanotubes de carbone (SWNT, MWNT) < 100nm SiO 2 TiO 2 Al 2 O 3 MgO < 100nm

Groupe – Technologie Nanodiélectrique 9 Un nanodiélectrique, c’est un diélectrique multi- phases qui contient des nanostructures. La pré- sence de ces nanostructures doit résulter en le changement d’une ou de plusieurs propriétés diélectriques … (2001) Diélectrique  Isolant électrique câble Nano = m

Groupe – Technologie Nanodiélectrique 10 À l’échelle nanométrique, il faut réunir: Nanoparticule/ Nanostructure Interface/ Interphase Processus /Phénomènes Nano/ Macro intégration Naturel Fabriqué

Groupe – Technologie Interface / Interphase 11

Groupe – Technologie Fonctionnalisation des nanoparticules 12 La fonctionnalisation des nanoparticules permet une meilleure interaction polymère/nanoparticule Les interactions peuvent être physiques ou chimiques Meilleure dispersion dans le polymère lors de la préparation du nanocomposite

Groupe – Technologie Processus / Phénomènes 13 nm

Groupe – Technologie Nanodiélectrique (Polymère nanocomposite) 14 On multiplie la présence de l’interface Le matériau composite devient un matériau « interfacial »  c’est l’interface qui définira les propriétés macros

Groupe – Technologie Nanodiélectrique (Polymère nanocomposite) 15

Groupe – Technologie C’est quoi “vieillir” (Facteur temps) ans 68 ans Encore beau, encore bon, fonctionnel, durée de vie … Analogie et … STABILITÉ LONG-TERME DU SYSTÈME

Groupe – Technologie Vieillissement 17 À la notion de temps, s’ajoute le facteur stress En ce qui concerne les matériaux ou les systèmes de matériaux: T, E, photons, M, En (Ambiant), compatibilité, humidité, tempête de sable, guerre chimique Relatif à l’appareillage, les dominants sont température et champ électrique

Groupe – Technologie Vieillissement (Appareillage) MODÈLE DE TIKHODEEV (présenté à l’IREQ 1993) (membre de l’Académie de Russie) Au moment du déclencheur, c’est trop tard pour le diagnostic – l’isolation est endommagée Notes personnelles

Groupe – Technologie Vieillissement (Accélération) 19 Tikhodeev 1993

Groupe – Technologie Vieillissement (Champ électrique) 20 E1= 18 kV/m, E3= 5.5 kV/m Tikhodeev 1993

Groupe – Technologie Vieillissement (Retardement) 21 Nelson 2013

Groupe – Technologie Vieillissement (retardement) 22 PROJET Anastasia

Groupe – Technologie Prolongement (Concept) 23 Un exemple d’auto-réparation Nelson 2013

Groupe – Technologie Fonctionalisation particulière Fonctionalisation Agent réticulant Agent polymérisable Agent photo-actif etc. ESSAI Nelson 2013

Groupe – Technologie Prolongement (résultats) 25 Défaut est arrivé à s Se compare à 3818 s pour le cas non-traité) Une amélioration de x17 PATRON DES DÉCHARGES PARTIELLES Nelson 2013

Groupe – Technologie Conclusion 26 OUI.. à la question posée …. oui

Groupe – Technologie Questions / commentaires ? 27 MERCI DE VOTRE ATTENTION !