5.1. INTRODUCTION
Depuis le début de mes activités de recherches en 1994 jusqu’à aujourd’hui, j’ai eu l’opportunité de participer à de nombreux projets de recherche associant des intervenants industriels et universitaires français et étrangers. Une description de ces projets ainsi que mes différentes implications personnelles sont décrites ci-après.
Mes collaborations et activités de recherche internationales ont été menées à travers une collaboration durable, 17 ans aujourd’hui, et étroite avec la société Laborelec en Belgique (Groupe SUEZ) dont la liste des différents contrats est donnée dans le paragraphe précédent. Mes travaux ont essentiellement porté sur l’étude de câbles de transport et de distribution de l’énergie électrique et d’alternateurs de puissance de centrales et ont abouti en 2005 sur un transfert technologique de la méthode de l’onde thermique sur le site de Linkebeek.
D’autres collaborations ont été menées avec les sociétés Nexans en Norvège et Alstom Grid en Angleterre [CR46].
Depuis 2002, j’ai intégré le comité d’étude D1 "Matériaux et Technologies émergentes" du Conseil International sur les Grands Réseaux électriques "CIGRE" dont l'activité est orientée vers le suivi et l'évaluation des matériaux pour l’électrotechnologie, existants ou nouveaux, les techniques de diagnostics et les règles de connaissance associées ainsi que les technologies émergentes ayant un impact potentiel à moyen et long termes sur les réseaux. Je suis intervenu, en tant qu’expert, en apportant ma maîtrise des techniques de caractérisation électrique des matériaux isolants soumis à de forts champs électriques, dans plusieurs groupes de travail ou "Task Forces" tels que:
• WG D1-07 : "Solid insulating materials for rotating machines" ; • WG D1-12-1 : "Materials for dc applications" [O1] [RI5] ; • TF D1-16-1 : "Interfaces in HVDC Extruded Cables" ; • TF D1-16-3 : "Nanodielectrics" [RI7];
• WG D1-24 : "Potential of Polymer Nanocomposites as Electrical Insulation in Highly Stressed Insulation Material in AC and DC Application" [O6] [RI14,15];
• TF D1-20 : " Non-destructive Detection of Water Trees in XLPE Insulation " [O7] ; • WG D1-40 : "Functional Nanomaterials for Electric Power Industry" ;
Ces différents groupes de travail se réunissent une à deux fois par an pour présenter l’état d’avancement des travaux et des livrables et définir les suites à donner aux implications de chacun des partenaires. Le contenu
et mes implications dans ces divers groupes de travail (étalés pour chacun sur une durée comprise entre 3 et 4 ans) sont détaillés dans le paragraphe 3 « Activités de Recherche » du mémoire.
Le CIGRE compte 16 comités d’études réunissant plus de 2500 experts internationaux axés sur des systèmes du génie électrique spécifiques. J’ai intégré, depuis 2011, le comité d’étude B1 les "Câbles Isolés" qui couvre le large spectre des systèmes de câbles pour le transport de l’énergie électrique. J’interviens, désormais, en tant qu’expert dans des groupes de travail qui traitent des sujets préférentiels définis dans le cadre de ce comité d’étude.
Dès 2009, de part la forte croissance des contributions dans le domaine des nanodiélectriques, l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) patronne un comité technique IEEE sur les nanodiélectriques. Ce comité, dont j’assure le secrétariat, compte 17 membres internationaux chargés, entre autres, de fournir un état de l’art des données émergentes et définir les besoins pour les données manquantes, d’évaluer le potentiel des nanodiélectriques pour améliorer les performances des systèmes utilisés en électrotechnique et entretenir des relations solides avec d'autres scientifiques et les organismes de normalisations. Le premier « Workshop » de notre comité s’est tenu le 14 octobre 2012 à Montréal (Canada) [RI20] [RS7].
5.2. PROJETS EUROPÉENS
5.2.1. ARPEGE (APPLICATIONS ET RECHERCHES SUR LES POLYMÈRES EN GÉNIE ELECTRIQUE)
De 1994 à 1998, j’ai participé au réseau européen de laboratoires s’inscrivant dans un programme scientifique de l’Union Européenne : "Capital Humain et Mobilité" intitulé ARPEGE (Applications et Recherches sur les Polymères en Génie Électrique) coordonné par le Professeur Alain Toureille. L’objectif de ce projet était de rapprocher des compétences aussi variées que complémentaires telles que la synthèse et la caractérisation physico-chimique de polymères par des laboratoires anglais, espagnols et français, ou bien telles que la caractérisation électrique (pertes diélectriques, rigidité diélectrique ou observations de charges électriques) par des laboratoires allemands, espagnols, français et italiens. L’objectif principal de ce réseau était de permettre une augmentation des connaissances dans le domaine des polymères utilisés en Génie Électrique et de trouver de nouveaux polymères aux applications industrielles intéressantes.
5.2.2. BRITE EURAM ARTEMIS (AGEING AND RELIABILITY TESTING AND MONITORING OF POWER
CABLES : DIAGNOSIS FOR INSULATION SYSTEMS)
De 1998 à 2002, j'ai été chargé de coordonner et d'effectuer des caractérisations par la MOT directement sur des longueurs de câble de transport d'énergie dans plusieurs sites industriels, sous plusieurs contraintes appliquées, et après différentes étapes de vieillissement. J'ai ainsi montré que le niveau de charge d'espace augmentait avec la durée de vieillissement Cette étude a été réalisée durant 40 mois dans le cadre d'un projet
européen Brite-Euram intitulé "ARTEMIS" (Ageing and Reliability TEsting and Monitoring of Power Cables : Diagnosis for Insulation Systems). L'intérêt de ce projet était de définir des marqueurs du vieillissement des câbles de transport d'énergie et de définir les techniques de diagnostic associées. A l'issue du projet, la communauté du réseau a admis et préconisé la charge d'espace comme marqueur potentiel de vieillissement des câbles de transport d'énergie et la Méthode de l'Onde Thermique comme technique de diagnostic du vieillissement [CI11-13].
5.2.3. ANASTASIA (ADVANCED NANO-STRUCTURED TAPES FOR ELECTROTECHNICAL HIGH
POWER NSULATING APPLICATIONS)
Les nombreux travaux menés sur les isolations d'alternateurs de puissance ainsi que sur les matériaux
nanocomposites m’ont permis de contribuer au montage d'un projet Européen 7ème PCRD intitulé ANASTASIA
(Advanced NAno-Structured TApeS for electrotechnical high power Insulating Applications) [CR38]. Les partenaires industriels ont été le CEA-LITEN (France), ALSTOM, VON ROLL (Suisse), LABORELEC (Belgique) et HYDRO-QUEBEC (Canada) et les Universités de Montpellier (France), Nottingham et Southampton (G.B.), polytechnique de Turin (Italie). L’objectif de ce projet d’une durée de 3 ans (2009-2012), et pour lequel j’étais le coordinateur d’un Work Package intitulé « Tape characterization / process control », était de développer de nouveaux isolants électriques et des processus pour améliorer le rendement de conversion énergétique de systèmes électrotechniques. Aujourd'hui, le rendement de conversion énergétique des alternateurs de puissance est limité autant par les aspects thermiques qu’électriques en raison de leur type d’isolation électrique (bandes isolantes rubanées autour du conducteur). Les limitations actuelles des isolations rubanées viennent de la structure multicouche hétérogène réunissant des matériaux différents comme le tissu de fibres de verre (renfort mécanique), le mica (diélectrique) et une matrice polymère (liant). Le développement visé nécessite des matériaux plus performants (+40% en tenue en tension, et +60% en conduction thermique), qui seront obtenus par l’incorporation de nanoparticules inorganiques. À terme, une isolation homogène beaucoup plus mince (-30%) devrait permettre la conception de générateurs plus compacts. Les travaux réalisés au GEM (Groupe Energie Matériaux) ont concerné essentiellement l’étude des différents phénomènes de piégeage / relaxation des charges électriques et de conduction volumique afin de pouvoir agir sur la nature des matériaux nanocomposites utilisés, leur synthèse et leur processus de mise en œuvre. Les travaux de thèse de Laurent BANET et Ioana PREDA constituent déjà à ce jour un élément de réponse à l’influence des nanoparticules sur les propriétés électriques des matériaux.
5.3. PROJET VAMAS (VERSAILLES PROJECT ON ADVANCED MATERIALS
AND STANDARDS)
De 2008 à 2010, j’ai été le co-leader du projet collaboratif VAMAS (Versailles project on Advanced Materials And Standards) réunissant des partenaires allemands, canadiens, français, italiens et japonais sur « la détermination des caractéristiques diélectriques des polymères nanocomposites ». En effet, ce projet était inscrit
dans l’action technique de travail VAMAS-TW33 « Polymer Nanocomposites » et l’objectif majeur a été de positionner la méthode de l’onde thermique comme étant une technique potentielle pour mesurer les charges d’espace dans les polymères nanocomposites. Le but était de profiter des liens entre les groupes de travail du réseau VAMAS avec ceux des organismes de normalisation ISO/TC229 et IEC/TC113 afin de développer des standards de mesures et de caractérisations de matériaux nanostructurés utilisés dans l’industrie.
5.4. PROJET CMCU (COMITÉ MIXTE DE COOPÉRATION
INTERUNIVERSITAIRE)
De 2001 à 2004, je me suis investi dans un projet de recherche CMCU (Comité Mixte de Coopération Universitaire) intitulé "Étude des charges d’espace dans les couches minces diélectriques" associant le Laboratoire d’Électrotechnique de Montpellier à l’Institut Préparatoire aux Études d’Ingénieurs de SFAX « IPEIS » (Tunisie). Ce programme de coopération visait à établir des liens scientifiques entre les deux universités et à travailler sur un projet de recherche devant contribuer à la formation à la recherche et par la recherche (durée de 3 ans). Dans le cadre de ce projet, j’ai participé à l’accueil et à la formation des chercheurs tunisiens se rendant périodiquement à Montpellier pour se familiariser aux techniques que nous avons développées. J’ai ainsi pu encadrer des chercheurs tunisiens venus se familiariser, lors de différents séjours, avec nos techniques de test des isolants solides. J’ai également coordonné l’installation en décembre 2001 de la Méthode de l’Onde Thermique à SFAX.
5.5. PROJET DE SCIENCES OTAN (COOPERATIVE SCIENCE AND
TECHNOLOGY)
Entre 2003 et 2005, j’ai participé à un projet de coopération international dans le cadre du programme « Cooperative Science and Technology » de l’Organisation de l’Atlantique Nord. Coordonné par le Laboratoire de Génie Électrique de Toulouse et intégrant le Laboratoire d’Électrotechnique de Montpellier, ce projet, auquel participaient 5 équipes de recherche françaises, roumaines et italiennes, était dédié au renforcement de la coopération scientifique au moyen de bourses de mobilité. La thématique du projet intitulé « Multifactor accelerated aging of electrical insulation under conflict conditions and remedial actions » portait sur le vieillissement sous contraintes combinées des isolations électriques dans des conditions de conflit et sur les actions remèdes. Ces travaux ont pu être menés à travers une forte mobilité des différents chercheurs impliqués.
5.6. PROJET DE RECHERCHE ECO-NET (COOPERATIVE SCIENCE AND
TECHNOLOGY)
Entre 2005 et 2007, je me suis investi dans le projet de recherche tripartite ECO-NET liant la France, la Roumanie et la Pologne, supporté par le Ministère des Affaires Étrangères et Européennes Français, et intitulé
"Estimation de l'état de vieillissement et de la réserve de durée de vie des isolants polymères par des mesures non destructives de charges d'espace". Les travaux menés dans ce projet ont eu pour objet la mise au point d'une procédure non destructive pour évaluer l'état de vieillissement et la réserve de durée de vie des isolations des câbles moyenne et haute tension. Ces travaux, essentiellement menés par Cristina Stancu dans le cadre de sa thèse doctorale, ont donné lieu à de nombreuses publications dont j’ai été co-auteur qui ont permis d’établir une corrélation entre la charge d’espace et l’apparition et le développement des arborescences d’eau dans les isolations synthétiques pour câbles [CI29]. Il est important de préciser que les arborescences d’eau sont la principale cause de défaillance des câbles moyenne tension.