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COURS 8
12. CLAQUAGE DES ISOLANTS
On appelle claquage la perte subite de la propriété isolante d’un diélectrique soumis à
un champ électrique, manifesté souvent comme une modification irréversible du
diélectrique
La rigidité diélectrique Ec est la valeur maximale du champ auquel peut être soumis un
diélectrique, sans apparition d’un claquage.
Le claquage est caractérisé par l’apparition brusque d’un courant électrique intense
dans un isolant.
La décharge électrique désigne le passage du courant dans un isolant, lors d’un
claquage.
On appelle décharge partielle les décharges ne reliant pas directement les électrodes.
Elles sont localisées au voisinage des électrodes et au voisinage des discontinuités où le
champ est inhomogène.
La rigidité diélectrique d’un matériau dépend des conditions de détermination
expérimentale : la pureté et la forme géométrique de l’échantillon, la fréquence et la durée
d’application de la tension électrique, les caractéristiques physiques (température, pression,
humidité, conductivité électrique et thermique) du milieu environnant, la nature et la forme
géométrique des électrodes. Les essais pratiques pour la détermination de la rigidité
diélectrique se déroulent selon des procédures précisément définies pour garantir une
certaine représentativité aux résultants obtenus.
Le claquage détériore définitivement la plupart des isolants solides par l’effet Joule.
Seulement les gaz recouvrent très rapidement ses propriétés isolantes après l’interruption de
la décharge.
A. Claquage des gaz
Dans un volume de gaz, les électrons libres fortement accélérés sous l’action d’un
champ électrique intense sont susceptibles de produire par leurs chocs avec les molécules du
gaz des électrons et ions positifs en avalanche et des ions négatifs dans les gaz
électronégatifs.
Une avalanche d’électrons se développe par le suivant mécanisme : un électron libre
initial dans le volume de gaz est accéléré dans le champ électrique extérieur et cède à un
atome pendant l’impact une partie de son énergie. L’électron continue d’être accéléré. Après
plusieurs tels impacts, l’électron accumule l’énergie wi qui, fourni à un atome, réussit
arracher un électron. Les deux électrons continuent d’être accélérés et après n impacts
ionisants le nombre d’électrons créés est 2n. L’énergie wi nécessaire pour l’ionisation d’un
atome de gaz s’appelle énergie d’ionisation.
La plus complète théorie, la théorie de Townsend, détermine la tension de claquage Uc
pour un gaz trouvé entre deux électrodes plans et parallèles de surface étendue, situés à la
distance d et alimentés avec une tension continue. On considère que l’électron ne cède pas
d’énergie par choc si son énergie est w < wi (impact nonionisant) et la vitesse est nulle après
chaque impact. Un choc ionisant avec la création d’un électron secondaire se produit si
l’énergie de l’électron devient w > wi. On considère aussi que les ions positifs n’ont pas une
vitesse suffisante pour provoquer des ionisations par choc du fait de leur masse supérieure.