Hocine KHELIFA a soutenu sa thèse le 18/12/2024.
Lieu : Amphithéâtre 203 du bâtiment W1, à l’École Centrale de Lyon (36 Av. Guy de Collongue, 69134 Écully)
Jury :
Rapporteurs :
S. AGNEL, Professeur, Institut d’Electronique du Sud (IES) - GEM, Université de Montpellier, CC079 - Place E. Bataillon - 34095 Montpellier cedex 05
A. HADDAD, Professeur, Cardiff University - United Kingdom
Examinateurs :
J. MARTINEZ, Professeur, Université Paul Sabatier - Laplace - 118 Route de Narbonne - 31062 Toulouse cedex
M-A. RAULET, Maître de Conférences HDR, Laboratoire AMPERE - Université Lyon 1
Encadrement :
E. VAGNON, Maître de Conférences, Laboratoire AMPERE - Ecole Centrale de Lyon
A. BEROUAL, Professeur, Laboratoire AMPERE - Ecole Centrale de Lyon
Résumé :
Cette thèse explore le développement, la préparation et la caractérisation des nanofluides (NF) pour améliorer la performance diélectrique des liquides d’isolation couramment utilisés dans les transformateurs de puissance, y compris les esters synthétiques, les esters naturels et les huiles minérales en incorporant différents types de nanoparticules (NPs). Ces dernières sont conductrices (Fe3O4, C60, and Gr), semi-conductrices (ZnO et CuO) et isolantes (Al2O3, ZrO2, SiO2 et MgO). L’étude vise à améliorer les propriétés diélectriques, notamment la tension de claquage en courant alternatif, la résistance aux décharges partielles, la tendance à la charge électrostatique et les caractéristiques de décharge de surface. Une analyse complète couvrant l’évolution historique, les techniques de préparation (méthodes en une ou deux étapes) et les mécanismes de stabilisation essentiels pour obtenir des nanofluides stables avec des propriétés diélectriques optimales est présentée. Les protocoles de préparation des NP, ainsi que les différents montages expérimentaux et les méthodes utilisées pour les caractériser sur le plan diélectrique, sont ensuite décrits. L’impact des caractéristiques des NP, telles que le type, la taille, la concentration et le traitement de surface, sur les performances diélectriques des liquides de base est systématiquement évalué. Les données expérimentales sont ensuite analysées à l’aide d’outils statistiques tels que le test d’adéquation d’Anderson-Darling et l’analyse de probabilité de Weibull, et les tensions correspondant à des niveaux de risque de 1 %, 10 % et 50 % ont été déterminées. Les mécanismes impliqués dans l’amélioration/la détérioration de la tension de claquage en courant alternatif sont discutés. Les résultats expérimentaux indiquent que les nanofluides (NF) améliorent de manière significative les propriétés diélectriques en réduisant l’activité de décharge partielle, la tendance à la charge électrostatique et la longueur d’arrêt des décharges de surface. Cette amélioration est obtenue en influençant la mobilité des charges dans les liquides. Les nanoparticules (NPs) conductrices et isolantes, en particulier Fe3O4 et Al2O3, présentent des avantages substantiels qui peuvent contribuer à atténuer les événements de rupture et à prolonger la longévité des équipements. En outre, l’interaction des nanoparticules aux interfaces solide-liquide affecte les comportements de décharge de surface, ce qui renforce le rôle des nanofluides dans l’amélioration de la durabilité de l’isolation.
Mots-clés : Nanofluides, huiles pour transformateurs, nanoparticules d’oxydes métalliques, nanoparticules carboniques, propriétés diélectriques.