L'objectif de cette thèse est d'étudier la génération des streamers dans l'huile minérale sous tension impulsionnelle et tension alternative avec des conditions de champ largement variées en présence de certaines pollutions (particules et eau). Ce travail apporte une meilleure compréhension de la génération des phénomènes précurseurs du claquage. Les résultats obtenus mettent en évidence l'influence importante de la géométrie et des impuretés (particules, eau) sur la génération des streamers. Un effet remarquable de diminution du champ de génération avec l'augmentation du rayon de courbure de l'électrode est observé. Cette diminution est l'origine de l'effet de surface généralement observé sous créneaux de tension et sous tension alternative dans l'huile très bien filtrée. Une dégradation supplémentaire existe lorsque l'huile est polluée et soumise à la tension alternative. L'étude réalisée en géométrie semi-uniforme (plan-plan avec une électrode d'amorçage) permet de simuler les conditions de génération et de propagation des streamers provoqués par des particules ou des aspérités de la surface en géométrie uniforme.

Il s'agit de l'étude expérimentale d'un microplasma dans l'eau liquide. Ce type de plasma est rencontré dans les domaines de l'isolation électrique par liquides diélectrique ou la dépollution de l'eau. Les plasmas en milieu liquide sont bien moins connus et maitrisés qu'en milieux gazeux. L'objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes physiques sous jacents à l'initiation et à la propagation de la décharge. Un réacteur pointe/plan a été réalisé et soumis à un pulse de haute tension. L'initiation et la propagation des différents modes de décharge plasma à travers le milieu liquide ont été caractérisés par des diagnostiques électrique et d'imagerie rapide nanoseconde. Un diagnostic d'ombroscopie à deux iCCD a également été réalisé afin d'observer le contenu gazeux non lumineux de la décharge et l'émission d'ondes de choc. Nous avons principalement testé l'influence de la polarité de la tension appliquée ainsi que l'influence de la conductivité de l'eau. Des mesures spectroscopiques ont été réalisées sur la bande d'émission de OH et les lignes de l'hydrogène. En polarité positive, une bulle micrométrique est nucléé à la pointe en quelques microsecondes puis une décharge filamentaire se propage à 3km/s durant typiquement 100ns, suivie par une décharge dix fois plus rapide. A basse conductivité, cette propagation continue est suivie par une propagation par bonds. Le claquage de l'intervalle de liquide est obtenu quand les filaments parviennent à la contre-électrode. La décharge en polarité négative est beaucoup plus lente à 600m/s. Curieusement la conductivité de l'eau n'a aucune influence sur la décharge en polarité positive et inhibe la propagation en polarité négative. Cette étude apporte une meilleure compréhension de la phénoménologie détaillée de la décharge plasma dans l'eau.

Ce travail porte sur la caractérisation des décharges glissantes se propageant aux interfaces liquide/solide, sous différentes formes de tension (impulsionnelle, continue et alternative) en géométrie pointe-plan. Il est montré que la nature et l'épaisseur du solide isolant, la forme de la tension, la polarité des électrodes ainsi que la pression, jouent un rôle important dans la génération, la propagation et la forme générale des décharges glissantes. La longueur finale des décharges Lf augmente linéairement avec la tension appliquée; Lf diminue lorsque l'épaisseur augmente. Pour un même niveau de tension, Lf est nettement plus élevé en alternatif qu'en impulsionnel ou en continue, et par conséquent les tensions de contournement sont plus faibles. Pour une tension donnée, Lf augmente avec la permittivité de l'isolant solide. Les décharges générées sous tension alternative et sous tension continue, se distinguent par un aspect non-radial, contrairement à celles observées sous tension impulsionnelle. Les courants associés aux décharges glissantes sont globalement similaires à ceux observés dans le volume du liquide. Il a été également mis en évidence l'existence d'une décharge secondaire de signe opposé à la tension appliquée, résultat de l'accumulation de charges d'espace à la surface de l'isolant solide. Sous tension continue, les tensions de génération des décharges dépendent fortement de la nature du solide isolant; elles sont généralement beaucoup plus élevées que celles enregistrées sous tension impulsionnelle et alternative. Avec certains matériaux solides, comme le verre, le Polycarbonate, Polyéthylène et le Polypropylène, nous n'avons pu observer de décharges glissantes. Un modèle de calcul de la charge totale associée à la décharge a été établi. Une relation entre la nature du matériau solide et son épaisseur, et la dimension fractale D des décharges se propageant sur sa surface a été proposée. D augmente lorsque l'épaisseur du solide diminue et/ou sa permittivité diélectrique augmente indiquant ainsi l'implication des phénomènes capacitifs sur le mode de propagation des décharges glissantes.

Ce travail est dédié aux phénomènes de préclaquage et de claquage dans les diélectriques liquides. Il est montré que dans un système d'électrodes pointe - plan, la génération des streamers est précédée par la formation d'une phase gazeuse (bulle) au voisinage de la pointe, résultant de l'injection d'une impulsion de courant dès que la tension appliquée atteint ou dépasse une certaine valeur seuil Us. Us augmente quasi-linéairement avec la pression. L'addition d'une certaine concentration de composés capteurs d'électrons augmente Us, preuve que les mécanismes électroniques sont également présents. L'analyse de la dynamique de la bulle montre que deux types de déformation de la surface de la bulle sont possibles: (i) une expansion ou une implosion et (ii) des mouvements alternatifs d'expansion et/ou implosion. Selon les modes de perturbation de l'interface, différents types de streamers peuvent prendre naissance. D'autre part, la tension de claquage d'un diélectrique liquide augmente en présence d'une concentration optimale donnée d'additifs capteurs d'électrons (Iodobenzène ou tétrachlorure de carbone). Par conséquent, en agissant sur la tension de génération des streamers, on peut améliorer la tenue diélectrique du liquide même si la vitesse des streamers est augmentée. En augmentant la pression, on peut aussi relever la tenue diélectrique d'un liquide. Une modélisation des streamers par des circuits électriques équivalents et leur résolution par le calcul de réseaux a permis de déterminer la structure des streamers ainsi que leurs paramètres caractéristiques : courants, charges, puissances et énergies injectés, champs électriques et différences de potentiel à leurs têtes, vitesse et mobilité des porteurs de charge dans le streamer, viscosité et température locales.

Ce travail porte sur une étude comparative des huiles végétales (esters naturels) issues de différentes graines, esters synthétiques, et minérales sur la base des caractéristiques de génération et de propagation des streamers qui s'y développent, des tensions de claquage ainsi que des décharges se propageant sur un isolant solide en présence de ces huiles. Il ressort des résultats obtenus qu'en géométrie pointe - plan, sous tension continu, la tension de génération en polarité positive est toujours supérieure à celle mesurée en polarité négative et elle est plus élevée dans les huiles esters que dans les huiles minérales quelle que soit la polarité de l'électrode pointe. En ce qui concerne la propagation de streamers sous tension impulsionnelle de foudre, les longueurs finales (ou longueurs d'arrêt) Lf des streamers positifs sont environ10 fois supérieures à celles des streamers négatifs. Pour atteindre la même Lf, il faut beaucoup plus de tension en polarité négative qu'en polarité positive. Par conséquent, les tenues diélectriques sont plus élevées en polarité négative qu'en polarité positive. D'autre part, Lf est plus élevée dans les huiles végétales que dans certaines huiles minérales. La tension de claquage des huiles isolantes, déterminée selon la norme CEI 60156, suit généralement une distribution Normale. Les probabilités de claquage peuvent alors être déterminées suivant la distribution Normale en prenant un échantillonnage suffisamment grand (n>30). Il est également montré que les huiles végétales et l'ester synthétique présentent des tensions de claquage (U1%, U10% et U50%) plus élevées que les huiles minérales sous tension alternative. La tension de claquage moyenne est aussi plus élevée dans les esters que dans les huiles minérales sous tension impulsionnelle de foudre. La morphologie, la longueur d'arrêt et le courant des décharges se propageant sur un isolant solide (carton) immergé dans les liquides étudiés, dépendent de l'amplitude et de la polarité de la tension, de l'épaisseur du solide et de la nature des huiles. Lf augmente quasi-linéairement avec la tension appliquée et diminue lorsque l'épaisseur du solide augmente. Pour une tension et une épaisseur données, les décharges qui se développent sur l'interface carton/huile végétale sont plus longues que celles sur l'interface carton/huile minérale. Par ailleurs, Lf est plus élevé en polarité positive qu'en polarité négative, ce qui indique que la polarité la plus contraignante est la polarité positive. Ila été également mis en évidence l'existence d'une décharge secondaire de signe opposé à celui de la tension appliquée, résultat de l'accumulation de charges d'espace à la surface de l'isolant solide. Enfin, la dimension fractale D des décharges diminue lorsque l'épaisseur du solide augmente. Plus l'épaisseur du solide est grande, plus le degré de ramification des décharges est moins important. Pour une tension et une épaisseur données, D est généralement plus élevée dans l'huile minérale que dans l'huile végétale.

L'expérience montre que tout liquide isolant soumis à une tension croissante est traversé par un courant qui croît fortement avec la tension jusqu'au claquage. Pour un liquide isolant, le claquage est un phénomène destructif qui dégrade de façon irrémédiable sa tenue diélectrique, c'est-à-dire que celui-ci ne pourra plus tenir le même niveau de tension. Ce phénomène est la cause de la plupart des défaillances du matériel électrique.<br />Le but de cette étude est de comprendre la formation d'une bulle suite à une micro-décharge électrique dans un vaste domaine de pression (pression inférieure et largement supérieure à la pression critique du fluide) et pour différentes températures (T/Cette étude permet de conclure que la bulle atteint, pour R=Rm, un équilibre thermodynamique local défini par la courbe de pression de vapeur saturante lorsque P/Pc. Cette analyse conduit à proposer un modèle thermodynamique semi-empirique permettant de calculer le rayon maximum de la bulle quelle que soit la pression P/ appliquée sur le liquide, à partir de la connaissance uniquement de l'énergie injectée et des propriétés thermodynamique du liquide.<br />L'analyse de l'énergie potentielle de la bulle au cours ses deux premiers cycles montre que, le phénomène le plus probable qui devrait être pris en compte dans le calcul correct de l'énergie perdue entre les deux premières cycles de la bulle, est le flux de matière échangée à l'interface qui devrait conduire à une perte de masse et donc à une variation de la masse volumique du milieu fluide à l'intérieur de la bulle en fonction du temps.

Ce travail porte sur une étude comparative des huiles végétales (esters naturels) issues de différentes graines, esters synthétiques, et minérales sur la base des caractéristiques de génération et de propagation des streamers qui s’y développent, des tensions de claquage ainsi que des décharges se propageant sur un isolant solide en présence de ces huiles. Il ressort des résultats obtenus qu’en géométrie pointe – plan, sous tension continu, la tension de génération en polarité positive est toujours supérieure à celle mesurée en polarité négative et elle est plus élevée dans les huiles esters que dans les huiles minérales quelle que soit la polarité de l’électrode pointe. En ce qui concerne la propagation de streamers sous tension impulsionnelle de foudre, les longueurs finales (ou longueurs d’arrêt) Lf des streamers positifs sont environ10 fois supérieures à celles des streamers négatifs. Pour atteindre la même Lf, il faut beaucoup plus de tension en polarité négative qu’en polarité positive. Par conséquent, les tenues diélectriques sont plus élevées en polarité négative qu’en polarité positive. D’autre part, Lf est plus élevée dans les huiles végétales que dans certaines huiles minérales. La tension de claquage des huiles isolantes, déterminée selon la norme CEI 60156, suit généralement une distribution Normale. Les probabilités de claquage peuvent alors être déterminées suivant la distribution Normale en prenant un échantillonnage suffisamment grand (n>30). Il est également montré que les huiles végétales et l’ester synthétique présentent des tensions de claquage (U1%, U10% et U50%) plus élevées que les huiles minérales sous tension alternative. La tension de claquage moyenne est aussi plus élevée dans les esters que dans les huiles minérales sous tension impulsionnelle de foudre. La morphologie, la longueur d’arrêt et le courant des décharges se propageant sur un isolant solide (carton) immergé dans les liquides étudiés, dépendent de l’amplitude et de la polarité de la tension, de l’épaisseur du solide et de la nature des huiles. Lf augmente quasi-linéairement avec la tension appliquée et diminue lorsque l’épaisseur du solide augmente. Pour une tension et une épaisseur données, les décharges qui se développent sur l’interface carton/huile végétale sont plus longues que celles sur l’interface carton/huile minérale. Par ailleurs, Lf est plus élevé en polarité positive qu’en polarité négative, ce qui indique que la polarité la plus contraignante est la polarité positive. Ila été également mis en évidence l’existence d’une décharge secondaire de signe opposé à celui de la tension appliquée, résultat de l’accumulation de charges d’espace à la surface de l’isolant solide. Enfin, la dimension fractale D des décharges diminue lorsque l’épaisseur du solide augmente. Plus l’épaisseur du solide est grande, plus le degré de ramification des décharges est moins important. Pour une tension et une épaisseur données, D est généralement plus élevée dans l’huile minérale que dans l’huile végétale. / This work is aimed at the comparative study of vegetable oils (natural esters) issued from different seeds, synthetic ester oil and mineral oils, based on the characteristics of generation and propagation of streamers, breakdown voltages and creeping discharges propagating over solid insulator (pressboard) immersed in these oils. It has been shown that, in a point – plane electrode geometry, the DC threshold voltage Us is higher when the point is positive than when it’s negative; Us is higher in vegetable oils than in mineral oils for both polarities of voltage. Under lightning impulse voltage, the streamers are filamentary in all different tested oils whatever the polarity of voltage. The final (or stopping) length Lf of streamers are about ten times higher when the point is positive than when it’s negative. The voltage required to reach the same Lf is higher with a negative point than with a positive point.Thus the positive polarity is unfavourable for the industrial applications. In addition, Lf is longer in vegetable oils than in some mineral oils. The breakdown voltage of insulating oils, measured according to IEC 60156 standard specifications generally follows a normal distribution. The probability of breakdown can hence be determined according to the normal distribution with a large amount of samples (n>30). So, vegetable oils and synthetic ester have breakdown voltages (U1%, U10% and U50%) higher than mineral oils under AC; and the mean breakdown voltage is also higher in esters oils than in minerals oils under lightning impulse voltage. The morphology, final length Lf and current of discharges propagating over a solid insulator (pressboard) immersed in the liquid tested, depend on the amplitude and polarity of the voltage, the thickness of insulator as well as the nature of insulating oils. It has been shown that Lf increases quasi-linearly with the applied voltage and decreases when the thickness of insulator increases. For a given applied voltage and thickness of insulator, Lf is higher with a pressboard/vegetable oil interface than with a pressboard/mineral oil interface.In addition, Lf is also longer when the point is positive than when it’s negative. The recorded currents revealed the existence of a secondary discharge of opposite sign to that of the applied voltage. This phenomenon is due to the accumulation of charges at the surface of insulator.Finally, the fractal dimension D of creeping discharges decreases when the thickness of insulator increases. For a given applied voltage and thickness of solid, D is generally higher in mineral oils than in vegetable oils.