R Alisation D Une Cellule Lectroacoustique Puls E Haute R Solution Spatiale En Vue De L Tude Spatio Temporelle De La R Partition De La Charge D Espace Dans Les Di Lectriques Spatiaux Soumis Un Environnement Chargeant
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Réalisation d'une cellule électroacoustique pulsée à haute résolution spatiale en vue de l'étude spatio-temporelle de la répartition de la charge d'espace dans les diélectriques spatiaux soumis à un environnement chargeant
En environnement spatial, les satellites sont soumis en permanence à des flux de particules chargées qui s'accumulent dans les diélectriques utilisés comme revêtement thermique. Cela crée des champs électriques locaux intenses qui peuvent causer des anomalies de fonctionnement du satellite. Différentes méthodes de mesure de charge d'espace permettent la caractérisation électrique des matériaux diélectriques. Cependant, pour les matériaux spatiaux d'épaisseur 50 μm, ces méthodes sont actuellement limitées par leur résolution spatiale, une dizaine de micromètres. Nous avons conçu un modèle électrique de la méthode PEA, méthode reposant sur la détection au moyen d'un élément piézoélectrique des ondes acoustiques générées par les charges internes soumises à une impulsion électrique. Ce modèle montre l'influence de la géométrie, de la nature des matériaux et des pertes diélectriques sur la résolution spatiale de la PEA. A partir de ces conclusions, nous avons réalisé un prototype PEA haute résolution. Avec ce prototype haute résolution, nous avons pu faire les premières mesures sur des échantillons de PTFE d'épaisseur 50 μm avec une résolution de 1μm.
Mesures de charges d'espace en continu pendant une irradiation électronique par la méthode Electro-Acoustique Pulsée (PEA)
Les matériaux diélectriques sont utilisés dans le domaine de l'aérospatial pour assurer la régulation thermique des engins spatiaux. Ils sont soumis à un environnement chargeant composé de rayonnements ionisants tels que les électrons ou les protons. Un stockage de ces charges se produit dans le volume du matériau et engendre des dégradations et un vieillissement prématuré amenant à une perte de fiabilité globale du système qui doit être anticipée. Le but de ce travail de thèse a été d'évaluer la densité de charges d'espace injectées au sein d'un matériau diélectrique pendant une irradiation électronique afin de recréer partiellement l'environnement radiatif auquel il peut être soumis. Pour mener à bien ce projet, nous avons utilisé un dispositif expérimental basé sur la méthode Electro-Acoustique Pulsée (PEA) couramment utilisé dans le domaine du génie électrique. Nous avons développé une électrode de mesure innovante sans contact et circulaire permettant la mesure pendant irradiation électronique car les dispositifs expérimentaux précédents ne le permettaient pas. Ce type de mesures n'avait jamais été réalisé ailleurs auparavant, ce qui un vrai apport pour ce domaine d'étude car il permet de conserver l'échantillon dans une configuration proche de son utilisation finale. L'électrode est basé sur une ligne de transmission de type microstrip. Dont les caractéristiques géométriques ont été déterminées d'une part avec le logiciel Orcad PCB Editor, mais aussi avec le logiciel COMSOL Multiphysics. La validation expérimentale a été menée et les premières mesures réalisées dans l'enceinte d'irradiation MATSPACE du laboratoire ont permis de mettre en évidence le bon fonctionnement de l'électrode et de valider les résultats de simulation obtenus précédemment. Le traitement du signal a également été adapté pour cette nouvelle configuration. Une étude a ensuite été menée avec différentes énergies cinétiques (comprises entre 50 et 100 keV) et différentes densités de flux électronique (0.5 à 2 nA/cm2) pour la phase d'irradiation suivi d'une phase de relaxation (maintien de l'échantillon sous vide) afin de suivre la dynamique des charges d'espace implantées au sein du diélectrique. La représentation par cartographie de la quantité de charges injectées en volume permet de suivre aisément l'évolution de cette dernière en fonction du temps. Ce travail de thèse a permis d'atteindre les objectifs fixés concernant la réalisation de mesures pendant une irradiation électronique. Ce dispositif de caractérisation peut également être utilisé sur des films polymères issus du domaine du génie électrique, les conditions d'irradiation étant contrôlées. Dans un futur proche, ce prototype d'électrode pourra être associé à un capteur à haute résolution spatiale développé dans l'équipe pour un système encore plus performant.
CONCEPTION D'UN INSTRUMENT PERMETTANT LA MESURE DE L'EVOLUTION DES CHARGES D'ESPACE DANS UN ISOLANT SOUMIS A UNE TENSION A VARIATION TEMPORELLE RAPIDE
CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE ET LA REALISATION D'UN INSTRUMENT PERMETTANT LA MESURE NON-DESTRUCTIVE DE LA REPARTITION SPATIALE DE CHARGES D'ESPACE DANS LES ISOLANTS LORSQU'ILS SONT SOUMIS A UNE TENSION A VARIATION RAPIDE COMME LES TENSIONS ALTERNATIVES A 50 HZ. IL S'AGIT DE MESURER LA REPARTITION DES CHARGES A UNE CADENCE SUPERIEURE A 500 HZ, POUR SUIVRE SON EVOLUTION EN FONCTION DE LA TENSION APPLIQUEE A L'ISOLANT. LA METHODE DE L'ONDE DE PRESSION EST LA BASE DE L'INSTRUMENT. UNE ETUDE DETAILLEE DES MOYENS DE GENERATION D'ONDES DE PRESSION A HAUTE CADENCE EST EXPOSEE. UN GENERATEUR ACOUSTIQUE OPTIMISE, COMPOSE D'UN TRANSDUCTEUR PIEZO-ELECTRIQUE, D'UN GUIDE D'ONDE AINSI QUE D'UN TROISIEME MATERIAU, PERMET DE TRANSMETTRE A L'ECHANTILLON DES IMPULSIONS DE PRESSION INTENSES A UNE CADENCE SUPERIEURE A 500 HZ. LA STABILITE DE CES IMPULSIONS PERMET D'EFFECTUER PLUS DE CENT MILLIONS DE MESURES DE CHARGES D'ESPACE SANS QUE LA FORME DE L'ONDE SOIT ALTEREE. UN DISPOSITIF EXPERIMENTAL CONSTITUE D'UN SYSTEME DE MISE SOUS TENSION DE L'ECHANTILLON, DE DECOUPLAGE, D'ECHANTILLONNAGE ET DE STOCKAGE EN TEMPS REEL DES SIGNAUX DE MESURE ET DE LA TENSION APPLIQUEE, EST ENTIEREMENT ANALYSE ET REALISE. LA CADENCE MAXIMALE DES MESURES EST DE 3200 HZ. LES PRINCIPES D'UN LOGICIEL DE TRAITEMENT ET DE VISUALISATION DES INFORMATIONS SONT AUSSI EXPOSES. DE NOMBREUSES EXPERIENCES ET RESULTATS JUSQUE LA INACCESSIBLES, SONT REALISABLES AVEC CET INSTRUMENT. SES PERFORMANCES PERMETTENT NOTAMMENT L'ETUDE DETAILLEE ET L'OPTIMISATION DES ISOLANTS DES CABLES A HAUTES TENSIONS, SOUS TENSION ALTERNATIVE AINSI QUE SOUS TENSION APERIODIQUE D'UNE BANDE PASSANTE MAXIMALE DE 1 KHZ