LABORATOIRE PLASMA ET CONVERSION D’ENERGIE - UMR5213

Les convertisseurs d’énergie électrique, qu’il s’agisse de conversion statique par des dispositifs de l’électronique de puissance ou de conversion électromécanique par des machines tournantes, ont depuis de longues années une place bien établie dans tous les domaines de l’industrie et des transports. Leur utilisation est en effet éprouvée, rationnelle et porteuse d’économie d’énergie. La tendance est donc à leur introduction dans de nombreux systèmes utilisant jusqu’à présent d’autres formes d’énergie. A titre d’exemple, citons le secteur aéronautique qui se dirige vers un avion « plus électrique », le secteur automobile avec le développement des véhicules hybrides ou plus modestement avec l’augmentation des fonctions embarquées.

Dans un cas comme dans l’autre le but est de réduire la masse embarquée, ou offrir de nouvelles potentialités, et garantir une meilleure fiabilité. Par ailleurs, certaines applications critiques pour la sécurité des biens et des personnes font appel à des machines spéciales dans lesquelles les matériaux isolants doivent présenter des comportements spécifiques.

Afin de favoriser l’essor de cette approche il est nécessaire de mener des travaux concernant les systèmes d’isolation qui constituent le plus souvent les points faibles des fonctions dans lesquelles ils sont utilisés.

Sous-thèmes de recherche :

➢ Les systèmes embarqués

* Dans le cas de l’ avionique , la substitution des systèmes hydrauliques par des actionneurs électromécaniques va induire une augmentation substantielle de la puissance embarquée. Il est donc nécessaire d’envisager l’impact de cette montée en tension tant sur les lignes de distribution d’énergie dans les aéronefs que sur les convertisseurs en prenant aussi en compte leur environnement spécifique. Parallèlement, certains efforts sont actuellement focalisés sur la mise en œuvre de machines tournantes fonctionnant à vitesse très élevées (conditionnement d’air, compresseurs,…).

En plus des contraintes précédentes, l’isolation électrique dans ces équipements peut être soumise à des contraintes environnementales sévères puisqu’en fonction de la localisation des équipements considérés (zone pressurisée ou non, proximité des sources de chaleurs, etc,..), la température peut varier de manière rapide de -60°C à plus de 200°C, la pression de la pression atmosphérique à environ 100 mbars, sous un taux d’humidité très largement variable et des contraintes de vibrations très sévères.

Les études menées dans ce cadre consistent à identifier ces contraintes, à quantifier leur impact et à en apprécier les risques afin de garantir un taux de fiabilité au moins équivalent à celui des dispositifs auxquels ils veulent être substitués.

* Les systèmes électromécaniques automobiles et leur électronique associée sont également soumis à des contraintes fonctionnelles dont les principales concernent le comportement en haute température , les cyclages thermiques , les vibrations .

Nos investigations sont ici orientées vers la compréhension de l’ impact de ces contraintes multiples sur la fiabilité des systèmes d’isolation électrique ainsi que vers la recherche de matériaux potentiellement aptes à assurer l’isolation des générations futures de moteurs à forte puissance massique principalement dans le cadre de véhicules hybrides.

➢ Les machines électriques « haute température »

* Les machines tournantes dites « haute température » (moteurs d’extraction d’air, compresseurs de centrales,…) font subir aux systèmes d’isolation qu’ils contiennent des contraintes thermiques à la limite voire au-delà de celles pour lesquelles elles ont été dimensionnées. Dans certains cas extrêmes (désenfumage de tunnel en cas d’incendie par exemple), la durée de fonctionnement de la machine doit être garantie sous très haute température (400°C) pendant un temps minimum. Nos travaux dans ce domaine consistent à mieux appréhender le comportement des isolants organiques sous ces températures extrêmes (entre 200 et 400°C) afin soit d’établir des règles de choix lors de la conception de la machine soit de prédire sa durée de vie dans ces conditions. _