Dépôt de charges contrôlé

Dans le but d’améliorer les conditions de charge de ces matériaux fibreux en apportant d’avantage de contrôle sur le dépôt, nous avons utilisé par la suite une autre configuration d'électrodes, suggérée par la littérature [21, 118-120]. Afin de caractériser la configuration triode nous avons effectué des mesures des courants ܫ_ௌǡ ܫ_ீetܫ_௠, qui correspondent respectivement aux courant délivré par la source, le courant mesuré à travers la grille et le courant mesuré à travers l’électrode de masse tels qu’ils sont désignés sur la figure IV.7. La tension appliquée à l’électrode duale est augmentée progressivement à un

Tableau IV.1 : Caractéristiques de données expérimentales de mesure de charge, en dépôt non contrôlé.

Tension appliquée (kV) 12 14 16 18 20 22 24

Dispersion 2.9698 3.0705 2.6026 1.1253 1.2818 2.7129 1.0981 Écart type 1.2767 1.2602 1.3359 0.6029 0.4465 1.0239 0.6197 Figure IV.6 : Densité surfacique moyenne de la charge initiale en fonction de la tension appliquée.

Les figures IV.8 et IV.9, présentent respectivement les courbes caractéristiques ܫ_ீ െ ܸ_௔ et ܫ_ௌെ ܸ_௔de la configuration triode. Ces courbes, courant-tension, sont obtenues pour plusieurs valeurs de la résistanceܴ. Les mesures sont réalisées dans deux situations : en présence et en absence du média non tissé. La tendance générale est que les courants soient limités par la résistance. En effet, pour le même niveau du potentiel appliqué à l’électrode duale, une résistance ܴ plus grande réduit le courant collecté par la grille. Malgré cette diminution du courant, le niveau du potentiel de la grille qui correspond à la chute de tension aux bornes de la résistance devient plus élevé. Ainsi, le gradient du potentiel électrique est réduit dans l’espace défini entre le fil de décharge couronne et la grille. Ceci conduit à la diminution de l’intensité de la décharge couronne, représentée par le courant de la sourceܫௌ. En présence du média, le courant ܫீ est légèrement augmenté.

Figure IV.8 : Courant de grille ܫ_ீ en fonction de la tension appliquéeܸ_௔.

R Source de haute tension continue Plan de masse Échantillon HT IG _I m IS Electrode duale

Figure IV.7 : Caractérisation du dispositif triode de charge par la mesures des courantsܫ_ௌǡ ܫ_ீetܫ_௠

La figure IV.10 présente les courbes ܫ_௠െ ܸ_௔pour plusieurs résistancesܴ. Nous constatons que le courant mesuré à travers la masse ܫ௠ est élevé pour une résistance ܴ

plus grande, où le gradient du potentiel dans la zone défini entre la grille et le plan de masse devient élevé à cause de l’augmentation du potentiel de la grille. L’intensification du champ électrique dans cette zone conduit à un flot important de charges électriques vers le plan de masse.

En présence du média, caractérisé par sa propre résistance, fait réduire le courantܫ௠. Egalement la charge du média conduit à la diminution du gradient du potentiel

entre la grille et le plan de masse, en effet le potentiel de surface du diélectrique tend à se rapprocher de celui de la grille. Au-delà d’une certaine valeur de la tension appliquée, sur la caractéristique obtenue pour la valeur 50 MŸ de la résistance, nous voyons bien que la présence du matériau non-tissé n’a plus le même effet et que le courant mesuré devient même plus élevé qu’en absence du média. Ceci est dû à l’apparition de décharges locales à l’intérieur du matériau diélectrique chargé, en contact avec l’électrode liée à la terre. Le phénomène intervienne à des valeurs de la tension appliquée plus élevées par rapport à la configuration d’électrode où la grille n’est pas présente.

Les mesures de déclin du potentiel de surface présentées par la suite ont été réalisées sur des échantillons neufs de la même voile M1 à l’air ambiant et dans les mêmes conditions que les mesures précédentes (la température est d’environ 20°C et l’humidité relative est comprise entre 43% et 50%). La décharge couronne positive, utilisée pour charger les échantillons, est générée dans la configuration triode de la figure III.8, à courant de grilleܫ_ீ constant égal à 100 μA. Le potentiel de la grille est contrôlé à l’aide de la résistance électrique, à travers laquelle, cette grille est reliée à la terre.

La présentation des courbes de DPS est répartie en fonction du potentiel de la grille sur les figures IV.11 et IV.12. Cinq mesures ont été réalisées pour chaque essai, défini par le niveau de potentiel ܸ_ீde la grille. Les courbes de DPS de la figure IV.11 sont obtenues pour des valeurs du potentiel de la grille qui sont comprises entre 0,3 kV et 1,5 kV. Le potentiel de surface mesuré augmente au fur et à mesure que le potentielܸீ est élevé. Bien

que les courbes à potentiel de surface initial élevé, imposé par celui de la grille, déclinent plus vite, elles ne présentent aucun croisement. Par contre pour des valeurs du potentiel de la grille ܸ_ீsupérieures à 1,5kV, les courbes de déclin de potentiel sont caractérisées par la présence du « cross-over » (figure IV.12).

Cross over

Figure IV.12 : Courbes de DPS en fonction de potentiel de la grilleܸீ supérieur ou égal à 1.5kV, en polarité positive. (1.5൑ ܸீ ൑ 8kV)

Figure IV.11 : Courbes de DPS en fonction de potentiel de la grilleܸ_ீ, en polarité positive (0.3൑ ܸ_ீ൑ 1.5kV)

À partir des figures IV.13 et IV.14, nous constatons que le potentiel de surface initial mesuré augmente avec le potentiel de la grille, atteint une certaine valeur maximale, puis diminue. Cette tendance diffère de celle observée dans le cas des dépôts non contrôlés, présentée aux figures IV.4 et IV.5. Par ailleurs, la charge nette des échantillons (figure IV.15 et tableau IV.2) ne montre pas la même tendance. Elle croît avec le potentiel de la grille, puis se maintien pratiquement à une constante en passant par un maximum. La différence de tendance entre la densité surfacique moyenne initiale de charge et le potentiel de surface initial intervienne à des niveaux assez élevés du potentiel de grille, ce qui rend assez difficile son explication. En effet, la première mesure du potentiel de surface est obtenue 3 secondes après la fin du processus de charge. Durant ce temps, qui correspond au temps de transfert de l’échantillon du poste de charge vers le poste de mesure, la réponse peut avoir une composante assez rapide qui ce traduit par une chute relativement importante du potentiel de surface entre la valeur initiale et la première valeur mesurée. Les mécanismes physiques responsables de la dynamique du déclin de potentiel de surface seront discutés par la suite.

Figure IV.15 : Densité surfacique moyenne de la charge initiale en fonction Figure IV.14 : Surface de DPS de la viole M1 chargée en polarité positive

Les mesures réalisées pour les deux systèmes d’électrodes (dépôts contrôlés ou non), montrent la limite du matériau fibreux non tissé à accumuler des charges. Cette limite est aux alentours de 8 μC/m2, obtenue pour des tensions appliquées à l’électrode duale supérieures ou égales à 18 kV (dépôts non-contrôlés) et pour des potentiels de la grille supérieurs ou égales à 1,2 kV (dépôts contrôlés). Bien que la grille de la configuration triode améliore le procédé de charge par décharge couronne, le dépôt contrôlé ne hausse pas la densité de charge du média fibreux. Ce dépôt reste limitée au environ un tiers de la valeur admissible pour un diélectrique dans l’air.

Considérons la situation où l’échantillon est en contact avec la masse de surface A et d’épaisseur݁. Pour une charge donnée Q, la capacité C formé par la surface chargée et le plan de masse est exprimée par la relation IV.1, où ߝ est la permittivité :

ܥ ൌߝ ή ܣ

݁ ൌ

ܳ

ܸሺIV.1) Ainsi le potentiel de surface peut être exprimé par :

ܸ ൌܳ ή ݁

ߝ ή ܣሺIV.2ሻ Pour une densité surfacique moyenne égale à 8 μC/m2, le potentiel calculé est nettement inférieur à celui mesuré par le voltmètre électrostatique. Bien que la manipulation de l’échantillon affecte la mesure de la charge, la distribution non uniforme de la charge, qui est concentrée au début de la mesure du potentiel de surface dans la zone vue par la sonde du voltmètre, n’est pas considérée. Ainsi, les relevés du profil et de la cartographie du potentiel de surface sont utiles pour analyser la zone de charge.

Tableau IV.2 : Caractéristiques de données expérimentales de mesure de charge, en dépôt contrôlé.

Potentiel de la

grille (kV) 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 2 4 6 8

Dispersion 1,4901 2,3676 2,6131 2,7152 2,8504 1,1950 1,0348 0,6762 1,0627 Écart type 0,8107 1,0091 0,9079 0,8123 1,1924 0,5369 0,5059 0,3376 0,6114