Cas d’un court-circuit

Lors de l’utilisation d’un faisceau électrique dans une automobile, deux cas de figure peuvent conduire à un court-circuit en service :

- lorsque l’isolant fond et que deux câbles établissent alors un point de contact électrique ;

- lorsqu’un câble est sectionné et établit un point de contact électrique avec la caisse du véhicule qui joue le rôle de masse.

La création d’un court-circuit engendre un courant de très forte intensité. Les dangers des courts-circuits sont l’apparition d’arcs électriques mais aussi une augmentation brutale de la température qui peut entraîner une dégradation des câbles et du faisceau électrique. Les résultats obtenus lors de la modélisation d’un court-circuit peuvent se présenter sous forme de deux graphiques donnant :

- l’évolution du courant en fonction du temps - l’évolution de la température en fonction du temps

La Figure I-11 (a) et (b) correspond aux résultats obtenus pour les alliages d’aluminium 1310 F et 2017 T4. Les données d’entrées sont les suivantes :

- température d’ambiance de 23°C - longueur du câble de 1 m

- résistance de contact entre le câble et la caisse de 10 mΩ.

1310 F 2017 T4 1310 F 2017 T4 (a) 1310 F (b) 2017 T4 1310 F 2017 T4 (a) (b)

Figure I-11 : Modélisation d'un court-circuit (a) intensité (b) température

Ces résultats montrent que l’intensité du courant décroît rapidement en fonction du temps. Ceci s’explique par une augmentation de la résistance de ligne du fait de l’augmentation brutale de la température. La stabilisation de la température au bout de 10 secondes est corrélée à la stabilisation du courant. Afin de comparer les nuances d’aluminium, les intensités initiale et finale ainsi que la température finale du câble sont répertoriées dans le

Tableau I-3.

Notons que les valeurs obtenues ne sont pas d’une grande précision car elles sont lues directement sur les graphiques obtenus. Les faisceaux sont protégés par l’installation de fusible, organe de sécurité dont le rôle est d’interrompre le courant électrique. Le fusible claque lorsque la température du câble est trop élevée. Par conséquent, il est préférable que le conducteur électrique possède une résistivité faible pour que le courant engendré soit plus élevé. Ainsi, par effet Joule, la température augmentera rapidement, le fusible claquera plus facilement et les câbles seront protégés d’une dégradation thermique. Cependant, en considérant les résultats obtenus, l’étude du cas d’un court-circuit ne constitue pas un critère

réellement discriminatoire puisque les valeurs de température atteintes, pour l’ensemble des alliages considérés, conduiraient à la fusion du fusible et donc à la protection de la ligne.

Alliages Intensité initiale (A) Intensité finale (A) Température finale (°C)

1310 F 170 40 1000 6101 T4 150 35-40 950-960 6061 O 135 30-35 900-910 2117 T4 120 30 850-860 7175 T6 110-115 25-30 810-820 2017 T4 105-110 25-30 800 2219 T37 85-90 20-25 750

Tableau I-3 : Comparaison du comportement en court-circuit des différentes nuances d'aluminium

4.

Conclusions.

Ce travail préliminaire de sélection des matériaux basé sur des informations tirées de la bibliographie, de la modélisation de l’élévation thermique et de la chute de tension dans un câble monobrin ainsi que de nombreux échanges avec les spécialistes du monde automobile et des matériaux légers, a conduit à sélectionner les alliages AA 1310 et AA 6101 comme des alternatives possibles aux conducteurs électriques automobiles actuellement en cuivre. Cependant, un certain nombre de paramètres ont été mis de côté dans l’élaboration de la matrice multicritère comme les effets de l’histoire thermomécanique lié au procédé de mise en forme sur les caractéristiques des microstructures résultantes. Or, il est évident que de nombreuses propriétés des matériaux métalliques découlent essentiellement des caractéristiques microstructurales, que ce soient par exemple les propriétés mécaniques, électriques ainsi que le comportement en corrosion. De plus, au cours de ces travaux préliminaires, la durabilité des alliages d’aluminium en tant que produit fini n’a pas été considérée. En effet, le couplage entre l’état microstructural, l’environnement agressif et les sollicitations mécaniques vibrationnelles ne constitue pas une donnée d’entrée de la matrice multicritère.

Ainsi, les travaux de thèse présentés dans la suite de ce mémoire sont focalisés sur la problématique du vieillissement en service des conducteurs électriques en alliage d’aluminium 1310 et 6101. L’influence des contraintes mécaniques vibrationnelles sur le comportement en corrosion en milieu contenant des ions chlorures a été étudiée pour les deux alliages considérés sous différents états métallurgiques en lien avec les différentes étapes du procédé de mise en forme.

Références.

[1] M. Demangeon : Norme PSA B25 1110. Conducteurs électriques classiques.

[2] M. Lemoine : Norme PSA B25 1140. Faisceaux électriques, Validation des faisceaux. [3] Norme Renault-Nissan 3605009. Fils électriques basse tension et très basse tension

Liste des figures, tableaux et équations.

Figure I-1 : Cycle de vie des câbles en aluminium ...19 Figure I-2 : Comparaison des résistances à rupture des alliages d’aluminium pouvant être tréfilés...23 Figure I-3 : Comparaison des résistivités électriques des alliages d’aluminium pouvant être tréfilés...24 Figure I-4 : Comparaison du comportement en corrosion global des alliages d’aluminium pouvant être tréfilés...24 Figure I-5 : Comparaison de la facilité de mise en forme des alliages d’aluminium pouvant être tréfilés...25 Figure I-6 : Schéma représentatif d'une chute de tension...26 Figure I-7 : Interface logicielle de calcul ...29 Figure I-8 : Interface type des paramètres de sortie...30 Figure I-9 : Evolution de la température dans un câble monobrin en régime stationnaire pour une section de 0,5 mm², une longueur de 1 m et une température d’ambiance de 23°C ...31 Figure I-10 : Evolution de la chute de tension dans un câble monobrin pour une section de 0,5 mm², une longueur de 1 m et une température d’ambiance de 23°C ...33 Figure I-11 : Modélisation d'un court-circuit (a) intensité (b) température ...34 Tableau I-1 : Evolution de la température dans un câble monobrin en régime stationnaire pour une section de 0,5 mm², une longueur de 1 m et une température d'ambiance de 23°C ...32 Tableau I-2 : Evolution de la chute de tension dans un câble monobrin pour une section de 0,5 mm², une longueur de 1 m et une température d'ambiance de 23°C...33 Tableau I-3 : Comparaison du comportement en court-circuit des différentes nuances

d'aluminium ...35 Equation I-1 : Résistance linéique d'une ligne électrique...27