Huiles synthétiques

Les huiles synthétiques sont utilisées lorsque les caractéristiques requises ne sont pas remplies par les huiles minérales et à chaque fois que des propriétés particulières sont recherchées. C’est notamment le cas lorsqu’il s’agit d’améliorer la résistance au feu des transformateurs se trouvant à proximité de la population (transformateurs de distribution et de traction) [Jan2011, Dan2011]. En particulier lorsqu’il est question d'améliorer la résistance au feu (transformateurs) ou lorsque l'on cherche une meilleure stabilité thermique et de grandes performances diélectriques (câbles et condensateurs).

Les liquides synthétiques sont un peu dans une position intermédiaire entre les PCB et les huiles minérales à cause de leur point d’éclair et leur température d'auto-inflammation, les liquides synthétiques appartiennent aux liquides ayant un point d’éclair élevé. On les appelle également liquides ininflammables (liquides qui ont un point d'éclair minimum au-dessus de 300°C). En raison de ce degré élevé de résistance à l'inflammation, ils sont utilisés dans les transformateurs situés dans les zones urbaines (c'est-à-dire là où la sécurité des personnes et des biens pourrait être compromise par le feu) [Jan2011].

24

Il existe quatre principaux types de liquides synthétiques : • δes hydrocarbures aromatiques ;

• δes hydrocarbures aliphatiques tels que les polyoléfines ;

• δes esters synthétiques ou esters organiques (esters de pentaérythritol, les phtalates) ; • δes silicones.

a) Les esters synthétiques

Les esters synthétiques sont des produits fabriqués artificiellement. Ils ont une composition simple et bien définie [Ngu 2011, Yul.2010]. Ces esters sont obtenus par synthèse d'un acide et d’un alcool. δes polyesters et les esters complexes sont utilisés dans des conditions extrêmes (contraintes élevées) comme dans le cas des transformateurs de puissance [Jan 2011, Yul.2010].

Fig. I.9. Structure de l’ester synthétique [Yul.2010,Dan 2011]

Un des principaux atouts de ce type d’huiles est la haute concentration d’eau qu’elles peuvent contenir comparées aux autres huiles isolantes [Per 2009]. L’autre avantage réside dans le fait les huiles esters synthétiques ont une grande stabilité aux contraintes thermiques, (Figure 1.10) [Loi 2012].

25

Fig. I.10 Courbe de gazage des huiles sous contrainte thermique [Loi 2012]

La viscosité élevée est parmi les points faibles qui caractérisent ces huiles. Cette viscosité devient importante aux basses températures. δ’autre point faible concerne leur faible stabilité au gazage (gassing), une étude faite par [Dan 2011, Jan 2011] a mis en évidence leur mauvaise stabilité avec une forte production de gaz en comparaison avec d’autres types d’huile. (Figure I.11).

Fig. I.11 : Courbe de gassing des huiles isolantes utilisées

dans les transformateurs de puissance. [Jan 2011]

δ’ester synthétique le plus utilisé est le εidel 7131 à cause de son aspect respectueux de l’environnement et aussi de sa bonne résistance au vieillissement [Loi 2012, Jan 2011]. δ’utilisation des esters dans les transformateurs de puissance est principalement limitée à cause de leur prix trop élevé et de leur viscosité élevée [Jan 2011].

Huile minérale A Huile minérale B Huile minérale C Huile minérale D Huile minérale E Ester naturel A Ester naturel B Ester synthétique A Ester synthétique B Huile silicone

26 b) Les esters naturels

La terminologie « ester naturel » est en fait le nom technique des huiles à base végétale. Ce sont des produits « naturels » dont la composition est plus simple qu’une huile minérale (quelques dizaines de molécules), mais qui peut varier dans de larges proportions suivant l’origine des plantes ou graines utilisées [Ngu 2011]. Elles sont essentiellement constituées de triglycérides, c’est à dire un triester sachant que la formule d’un ester est R-COO-R’. Ces huiles sont obtenues par estérification d’un trialcool simple, avec trois acides gras. Ces derniers sont mono-carboxyliques (de formule R-COO-H), à chaîne

linéaire non branchée comprenant un nombre pair d’atomes de carbone. Ils peuvent être saturés ou insaturés et parfois hydroxylés. Les triglycérides sont obtenus par trituration (broyage et pression) des graines. δa réaction d’estérification d’une huile végétale est la suivante (Figure 1.12) [Dan 2011]:

Fig. I.12. Structure d’ester naturel R, R’ et R’’ sont les chaînes acides

gras du même ou de différent types. [Dan.2011]

δes huiles végétales ont été les premières huiles isolantes utilisées pour l’appareillage électrique. Leurs premières applications fût l’imprégnation des condensateurs avec l’huile de ricin. δ’excellente biodégradabilité de ces huiles est en contrepartie avec leur grande sensibilité à l’oxydation. De ce fait, leur usage est limité aux appareillages électriques scellés qui ne sont pas respirant, c’est à dire sans communication avec l’atmosphère, où cette sensibilité est compensée avec des antioxydants dont les propriétés environnementales sont mauvaises (produits ‘‘non verts’’).

Ce type d’huile présente une viscosité plus élevée que les huiles minérales et notamment un point d’écoulement assez haut (aux alentours de -20oC), ce qui limite le transfert de chaleur et restreint leur usage dans les pays où le climat n’est pas trop froid. Enfin, les huiles végétales

27

neuves ont des propriétés électriques voisines de celles des huiles minérales, bien que leur résistivité soit moins élevée [Dan 2011].

I.4.2.3 Avantage des esters par rapport à l’huile minérale

Les esters sont déjà utilisés comme isolation dans certains transformateurs de faible puissance unitaire. Considérés comme alternative de l’huile minérale, leur utilisation dans les transformateurs se développe actuellement vers les plus haute tensions et puissances. Par rapport à l’huile minérale, les esters ont des avantages majeurs à savoir : [Ngu 2011]

➢ Les esters sont particulièrement intéressant au point de vue environnemental, grâce à leur bonne biodégradabilité. Ils sont aussi non toxiques vis-à-vis de l’eau et du sol.

➢ Les esters ont une meilleure résistance au feu que l’huile minérale, leur point de feu élevé (> 3000C) par rapport aux huiles minérales constitue l’une des caractéristiques principales de ces produits. Ainsi, ils peuvent être utilisés dans certaines applications spéciales où le risque d’incendie est présent.

➢ δes liquides de synthèse ont une solubilité de l’eau très élevé par rapport à l’huile minérale. A 20°C, la teneur en eau à saturation de l’huile minérale est de 55 ppm par rapport à 1000 et 2700 ppm pour l’huile végétale et le liquide de synthèse (Figure I-14). Ce fait peut être considéré comme une propriété favorable. En effet, l’apparition de gouttelettes d’eau due à la saturation est beaucoup plus difficile dans les liquides biodégradables que dans les huiles minérales. Cela permet de réduire le risque de défaillance à cause de gouttelettes d’eau dans le liquide soumises au champ intense [Ngu 2011].

Fig. I.13 Biodégradabilité de différents liquides [Ngu 2011]

norme CEC L-33- A-93[ Dan 2011]

% Bi o d égra d ati o n Jours

28

Fig. I.14 Teneur en eau à saturation des différents types des huiles isolantes [Ngu 2011]

I.4.2.4. inconvénients des esters par rapport à l’huile minérale

δes esters ont une viscosité plus élevée que l’huile minérale. δa différence de viscosité entre les esters et l’huile minérale est de 2 à 4 fois. Il s’agit d’un obstacle pour l’utilisation de ces liquides dans les applications de type transformateur, qui représente le plus vaste marché des isolants liquides. Pour les huiles végétales ont un point d’écoulement d’environ -20°C, qui est beaucoup plus élevé par rapport à la valeur typique (-60°C) de l’huile minérale ce qui représente un inconvénient important, ce qui empêche l’utilisation de ce liquide dans l’application où le fonctionnement à basse température est exigé [Ngu 2011].