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Soutenance de thèse de Khaled HALLAK

par Laurence Laffont - publié le

La soutenance de thèse de Khaled HALLAK, intitulée "Optimisation des paramètres d’un modèle de transport de charge pour la caractérisation électrique des matériaux diélectriques", aura lieu le mercredi 13 avril 2022 à 10h30.

Un lien visio sera fourni ultérieurement.

Jury :

Mme Virginie GRISERI - Directrice de thèse - Maître de Conférences Université Toulouse III - Paul Sabatier
M. Samir ADLY - Rapporteur- Professeur - Laboratoire XLIM, Université de Limoges
M. Serge AGNEL - Rapporteur - Professeur - Institut d’Électronique et des Systemes (IES) UMR 5214, Universite de Montpellier / CNRS
M. Fulbert BAUDOIN - Co-Directeur de thèse - Maître de Conférences - Université Toulouse III - Paul Sabatier
M. Florian BUGARIN - Co-encadrant de thèse - Maître de Conférences - Université Toulouse III - Paul Sabatier
M. Stéphane HOLÉ - Examinateur - Professeur - Sorbonne Université / Faculté des Sciences

Résumé :

La grande majorité des concepts physiques actuels utilisés pour décrire le transport de charge et le claquage dans les diélectriques solides sont étudiés depuis plus de 30 ans. Un modèle mathématique basé sur la physique des matériaux isolants a été développé dans notre laboratoire pour décrire le transport de charge bipolaire (BCT) dans le polyéthylène basse densité (LDPE) sous contrainte de courant continu. Les phénomènes de piégeage et de dé-piégeage, la hauteur de la barrière pour l’injection, la mobilité et le processus de recombinaison des charges positives et négatives sont considérés. Les charges présentes sont générées par une injection de type Schottky modifié à l’interface métal-diélectrique et sont extraits sans barrière. Le modèle est basé sur l’équation de Poisson et la loi de conservation des charges où des termes sources sont considérés pour prendre en compte les phénomènes microscopiques en jeu dans ce type de matériau. Ce modèle nécessite des entrées qui sont reliées aux conditions expérimentales telles que la température, la tension appliquée, l’épaisseur du diélectrique, etc., ainsi qu’un l’ensemble de paramètres tels que la barrière d’injection, la mobilité, les coefficients de piégeage et de dé-piégeage. La plupart de ces paramètres ne peuvent être prédits, observés ou estimés par des expériences indépendantes. En d’autres termes, il est difficile d’estimer ces paramètres de manière à avoir un modèle capable de prédire le comportement des charges observé expérimentalement. Pour cette raison, un algorithme d’optimisation est utilisé pour optimiser le modèle BCT afin qu’il s’adapte aux mesures expérimentales, quelles que soient les conditions expérimentales. Le principe de ce type d’algorithme est basé sur la minimisation d’une fonction coût qui rend compte des écarts entre les données issues de l’expérience et celles issues du modèle. Les données expérimentales utilisées sont la densité de charge nette mesurée par la méthode électro-acoustique pulsée (PEA) ainsi que les mesures du courant de charge externe. Toutes les expériences ainsi que la préparation des échantillons ont été réalisées au sein du laboratoire LAPLACE. Après avoir testé cinq algorithmes d’optimisation, nous avons sélectionné l’algorithme suivant :Trust Region Reflective, qui répond au mieux à nos critères. Cet algorithme a permis de trouver un ensemble de paramètres permettant une bonne corrélation entre les densités de courant et de charge simulées et celles obtenues expérimentalement. Cette optimisation a été réalisée en considérant différents champs électriques appliqués au matériau afin d’avoir un jeu de paramètre quasi-unique et qui caractérise au mieux le matériau d’étude. En outre, l’algorithme d’optimisation a permis d’analyser le modèle de transport de charges utilisé comme la loi de Schottky et sa barrière d’injection lorsque les interfaces sont de natures différentes ou de mettre en exergue les faiblesses du modèle lorsqu’il s’agit de considérer les phénomènes de piégeage et de dé-piégeage par exemple.

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