Synthèse sur la génération des hautes tensions

Le recyclage du PET

L’autre point intéressant dans le fait d’utiliser le PET et mis en avant par le Groupe Lavergne est que ce dernier se recycle. Au départ, le recyclage du PET a été initié par la pression exercée pour la gestion des déchets environnementaux. L’autre aspect intéressant ayant conduit à son recyclage est que les produits en PET ont un faible taux de décomposition naturelle. Aussi, le PET est une matière plastique non dégradable dans des conditions normales du fait qu’il n’y ait pas d’organisme connu à ce jour capable de consommer ses molécules relativement grandes. Ainsi, des procédures compliquées et coûteuses doivent être employées afin de pouvoir dégrader le PET biologiquement. Le recyclage du PET reste donc le meilleur moyen de réduire la quantité de déchets de ce dernier. De plus, le prix du PET vierge restant stable, l’intérêt se porte vers de nouvelles technologies de recyclage moins chères qui permettent de fournir un PET recyclé moins onéreux (Awaja, 2005). Dans son article, Awaja (2005, p. 1458) nous explique aussi que pour effectuer le recyclage du PET avec succès, il faut que les flocons de PET respectent certaines exigences minimales. Des exemples de ces exigences minimales sont donnés pour les flocons de POSTC-PET et sont résumés dans le Tableau 1.2 présenté ci-dessous.

Le principal facteur affectant l’aptitude des flocons de POSTC-PET pour le recyclage est le niveau et la nature des contaminants présents dans ces flocons. Dans une autre recherche menée par Torres et al. (2000), une étude sur les propriétés thermiques et mécaniques du PET vierge et recyclé a été effectuée. Ainsi, les résultats de cette recherche nous dévoilent que le processus de recyclage du PET n’a aucun effet sur la température de transition vitreuse ni sur la température de fusion du polymère. En revanche, au niveau des propriétés mécaniques, cette fois, l’étude montre que l’allongement à la rupture et la résistance aux chocs ont tous deux décru. Mebarki (2012, p. 13), dans son mémoire, nous explique alors que pour renforcer la matrice polymérique du PET, des matériaux inorganiques constitués de minéraux comme les céramiques et les métaux peuvent être employés. Dans le cas de l’ingénierie électrique, il est alors usuel d’employer la fibre de verre et le mica comme moyen de renfort.

Le matériau composite

Le boîtier de distributeur sur lequel nous souhaitons travailler est fabriqué à l’aide d’un matériau composite à base de PET. Précédemment, nous expliquions ce qu’était le PET et les différentes généralités, les différentes applications, l’entourant. Le matériau composite est donc un assemblage d’au moins deux composants non miscibles, c’est-à-dire deux composants qui ne vont pas se mélanger de façon homogène. Cependant, si ces deux composants ne se mélangent pas de façon homogène, ils auront quand même une forte capacité d’adhésion et, ainsi formé, le matériau composite possède des propriétés que les composants seuls ne possèdent pas. C’est donc là où se trouve tout l’intérêt de créer un tel matériau puisqu’on va alors venir améliorer la qualité de la matière face à une certaine utilisation (rigidité, isolation électrique, etc.). Le matériau composite se compose d’une matrice, de renforts et d’additifs. La matrice est le liant servant à transférer les efforts au renfort étant plus rigide et résistant; elle doit aussi être capable de protéger les renforts et permet, en outre, de donner la forme voulue au produit réalisé. Dans le cas du matériau composite à base de PET, on s’intéresse à la matrice polymérique. Cette matrice, qui est une matrice organique, peut être thermodurcissable ou bien thermoplastique.

Dans le cas d’une résine thermodurcissable, la transformation du matériau est irréversible et conduit au produit fini solide et généralement rigide. À l’inverse de ce type de transformation, une transformation thermoplastique va permettre à la matière de se ramollir lorsqu’elle est chauffée au-dessus d’une certaine température, mais redeviendra dure ensuite par refroidissement. Leurs propriétés mécaniques sont donc bien plus faibles que celles des résines thermodurcissables puisque leur déformation plastique est réversible (Mebarki, 2012). Sur les figures ci-dessous, on peut observer les configurations moléculaires schématiques d’un thermodurcissable (Figure 1.5) et d’un thermoplastique (Figure 1.6). On observe en noir sur la Figure 1.5 les liaisons dites « solides » conférant le caractère définitif au thermodurcissable de sa transformation. Les renforts, quant à eux, sont présents afin de permettre la résistance mécanique aux efforts. Comme nous l’avons précisé précédemment, ils sont plus rigides et plus solides que la matrice. Cela peut être de la fibre de verre, du carbone ou de la fibre d’aramide (Mebarki, 2012). Enfin, les additifs vont être une substance chimique souvent liquide ou encore en poudre qui sera introduite dans la résine afin d’en améliorer une propriété spécifique. Quelques fois, ils seront simplement introduits afin de modifier l’aspect physique du matériau composite (Mebarki, 2012).

Synthèse de la revue de la littérature

À travers cette revue de la littérature, le matériau utilisé dans notre étude qui est un matériau composite à base de PET recyclé a été présenté et ses caractéristiques ont été détaillées. Il est donc intéressant de rappeler que ce matériau possède de bonnes propriétés électriques et thermiques et qu’il les conserve après avoir été recyclé. Le Groupe Lavergne travaille donc avec ce type de matériau afin de permettre la commercialisation d’un plastique utilisé dans la fabrication des boîtiers de distributeurs destinés à l’industrie automobile. Cependant, ils utilisent plus précisément du PET recyclé en tant que matrice à laquelle sont ajoutées certaines charges3. La charge principale présente dans la composition du matériau est de la fibre de verre type E. L’ajout de cette charge a un but purement structurel puisque ces fibres permettent d’améliorer significativement ses propriétés mécaniques comme nous l’indique Mebarki dans son mémoire (2012, p. 31-33). Une seconde charge est ajoutée. Il s’agit du mica, puisqu’il permet d’améliorer significativement la durée de vie en fatigue du matériau face à des contraintes électriques. En effet, d’après Ul Haq et al. (2011), l’ajout de flocons de mica améliore l’endurance électrique du composite. Par ailleurs, des études menées sur les décharges partielles et sur la rupture électrique du PET en général nous ont permis de comprendre les différents phénomènes menant à cela ainsi que les conséquences qui s’en suivent. C’est d’ailleurs ce phénomène de claquage diélectrique qui attire notre intérêt puisque c’est pour cette raison que le Groupe Lavergne a sollicité cette recherche. En effet, le but étant de mettre en évidence certaines propriétés diélectriques du matériau composite à base de PET recyclé qu’ils commercialisent et qui est ensuite employé dans des applications automobiles à haute tension. La suite de cette synthèse nous conduit donc à notre problématique de recherche qui va clairement indiquer la raison d’une telle étude. Par la suite, le chapitre suivant nous présentera l’étude théorique préliminaire ayant été menée afin de mettre en oeuvre la solution capable de répondre à notre problématique.

Énoncé de la problématique de recherche

La vision écologique et environnementale est omniprésente dans notre société actuelle, et cela est encore plus vrai lorsqu’il s’agit de sociétés et d’industries. Et le Groupe Lavergne ne déroge pas à cette règle puisqu’il en a fait sa marque de commercialisation en lançant sur le marché un matériau composite à base de PET recyclé. La revue de la littérature nous a permis de comprendre les travaux qui ont déjà été réalisés quant aux applications liées au PET en générale et aux matériaux composites. Aussi, l’application de ce boîtier de distributeur fabriqué à partir du plastique commercialisé par le Groupe Lavergne est une application soumise à de fortes contraintes électriques puisque les tensions avoisinant le boîtier sont des hautes tenions. Ainsi, nous avons élargi notre revue de la littérature aux études qui ont été réalisées sur les décharges partielles et sur la rupture diélectrique du PET, mais aussi sur la possibilité de générer de hautes tensions à fin de réaliser, par la suite, nos propres tests sur les produits en PET fournis par la société. En effet, le Groupe Lavergne rencontre actuellement des problèmes quant à la résistance liée à la rupture diélectrique de son matériau composite à base de PET recyclé. Il serait alors question de concevoir un banc d’essai permettant de caractériser les propriétés diélectriques de ces matériaux composites à base de PET recyclé. Le but de ce banc serait de tester différents matériaux composites dans les conditions quasi identiques à celles auxquelles ils sont soumis dans les automobiles lors de leur utilisation traditionnelle. Cela impliquerait alors pour ces produits des tests de résistance à de hautes tensions. Ensuite, il serait intéressant de les caractériser afin de déterminer quelle « formule » du matériau composite à base de PET recyclé donne les meilleurs résultats.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Le PET et ses généralités
1.1.1 Les applications du PET
1.1.2 Propriétés électriques du PET
1.1.3 Propriétés thermiques du PET
1.1.4 Le recyclage du PET
1.2 Le matériau composite
1.3 Principes de décharges partielles et de rupture diélectrique, tests diélectriques sur les plastiques
1.3.1 Les décharges partielles
1.3.2 La rupture diélectrique
1.3.3 Les tests diélectriques sur les plastiques
1.4 Génération de la haute tension
1.4.1 Généralités sur le transformateur
1.4.2 Le transformateur monophasé
1.5 Synthèse de la revue de la littérature
1.6 Énoncé de la problématique de recherche
CHAPITRE 2 GÉNÉRATION DES IMPULSIONS À HAUTE TENSION
2.1 Méthodologie adoptée
2.1.1 Contexte général
2.1.2 Choix du transformateur à haute tension
2.2 Création des impulsions à haute tension
2.3 Synthèse sur la génération des hautes tensions
CHAPITRE 3 CONCEPTION ET PROGRAMMATION ÉLECTRONIQUE
3.1 Algorithme de la démarche suivie
3.2 Programmation de la Modulation de Largeur d’Impulsions (MLI)
3.2.1 Généralité sur les MLI
3.2.2 Microcontrôleur Atmel ATmega644P et programme MLI
3.3 Conception électronique
3.3.1 Transistor IGBT
3.3.2 Protection des composants électroniques par optocouplage
3.3.3 Protection matériel du circuit primaire de la bobine d’allumage
3.3.4 Câblage de la bobine d’allumage : primaire et secondaire
3.4 Synthèse de la conception et de la programmation électronique
CHAPITRE 4 MONTAGE À ÉLECTRODES ET INTERFACE UTILISATEUR
4.1 La bougie d’allumage
4.2 Principe du montage à électrodes
4.2.1 Morphologie de la pièce à tester
4.2.2 Morphologie des électrodes cylindre-cylindre
4.2.3 Morphologie des électrodes couteau-cylindre
4.2.4 Intégration des électrodes dans le circuit électrique du banc d’essai
4.3 L’interface utilisateur
4.3.1 Algorithme de programmation de l’interface utilisateur
4.3.2 La carte d’acquisition USB 6009
4.3.3 Visuel de l’interface utilisateur
4.4 Détection électronique du claquage diélectrique
4.4.1 Le bruit électrique
4.4.2 Filtre passe-bas analogique
4.5 Synthèse du montage à électrodes et de l’interface utilisateur
CHAPITRE 5 RÉSULTATS DES TESTS DE CLAQUAGE DIÉLECTRIQUE
5.1 Configurations matérielles préliminaires
5.1.1 Montage avec la structure pointe-plan à réglage millimétrique
5.1.2 Montage avec la bougie d’allumage et une distance inter-électrodes standard
5.2 Configuration matérielle finale
5.3 Résultats des tests et analyses
5.3.1 Les matériaux candidats
5.3.2 Observations au microscope optique
5.3.3 Observation au microscope laser
5.4 Synthèse des résultats des tests de claquage diélectrique
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I PROGRAMME DE LA MLI
ANNEXE II SCHÉMA ÉLECTRIQUE DU BANC D’ESSAI
ANNEXE III PROGRAMME DE L’INTERFACE UTILISATEUR
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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