Chapitre I : Etat de l`art - thesesups

THÈSE
En vue de l'obtention du
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE
Délivré par :
Université Paul Sabatier de Toulouse (UT3 Paul Sabatier)
Discipline ou spécialité :
Matériaux - Génie Electrique
JURY
M. Patrick CHOQUET, Directeur de recherche au LIST, Luxembourg (Rapporteur)
M. Davide FABIANI, Professeur à l’université de Bologne, Italie (Rapporteur)
M. Jean-Pascal CAMBRONNE, Professeur à l’université de Toulouse (Examinateur)
M. Petru NOTINGHER, Professeur à l’université de Montpellier (Examinateur)
M. Christian LAURENT, Directeur de Recherche au CNRS (invité)
Mme. Kremena MAKASHEVA, Chargée de Recherche au CNRS (Directrice de thèse)
M. Gilbert TEYSSEDRE, Directeur de Recherche au CNRS (Directeur de thèse)
Ecole doctorale : GEET
Unité de recherche : LAPLACE
Directeurs de Thèse : Gilbert TEYSSEDRE, Kremena MAKASHEVA
Présentée et soutenue par :
MILLIERE Laurent
Le 15 Décembre 2015
Maîtrise des interfaces pour le contrôle de l’injection de charges dans les
polymères isolants électriques

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Remerciements
En premier lieu, je souhaite exprimer ma reconnaissance et mes remerciements aux
personnes qui m’ont soutenu et aidé durant les années consacrées à la réalisation de ce
travail au sein du LAboratoire PLAsma et Conversion d’Energie (LAPLACE), une unité mixte
de recherche commune au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), à
l’Université Paul Sabatier (UPS) et à l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT).
Je remercie les rapporteurs de mon manuscrit que sont Patrick CHOQUET, directeur
du centre de recherche Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) et Davide
FABIANI, Professeur au département d’ingénierie en énergétique électrique et de
l’information « Guglielmo Marconi », Université de Bologne en Italie pour l’intérêt qu’ils ont
porté à ce travail. Je remercie également les membres du jury que sont Jean-Pascal
CAMBRONNE, Professeur à l’Université Paul Sabatier et Petru NOTINGHER, Professeur à
l’Université de Montpellier.
Pour leur disponibilité, leur gentillesse et leur amitié, j’aimerai apporter ma gratitude
aux techniciens, aux ingénieurs, aux informaticiens et au personnel administratif qui sans
eux, la recherche serait impossible. Je remercie tout particulièrement Cédric TURPIN, Benoit
SCHLEGEL et Benoit LANTIN.
Pour les trois ans passés dans le même bureau, je remercie mes amis Florian
MORTREUIL et Bo QIAO. Je leur souhaite un bel avenir après leur thèse. Par cette occasion,
mon attention est adressée aux doctorants du laboratoire et à l’association ADeL. J’apporte
tout particulièrement ma gratitude à Morgane, Raph, Jeremy, Abdé, Laurent, Lucie, Mous,
Alessandro ainsi qu’à l’éternel ancien Jacopo et au jeune Jonathan.
Merci également à tous mes collègues des équipes MPP et DSF pour avoir partagé
leur expérience dans le merveilleux monde des plasmas ou de l’électricité.
J’adresse toute ma chaleureuse gratitude envers mes directeurs de thèse, Kremena
MAKASHEVA et Gilbert TEYSSEDRE qui ont été exemplaires pendant ces trois ans de thèse
tant sur un point de vue scientifique que humain. Je les remercie pour leur soutient, leurs
conseils et leur disponibilité. Je tiens aussi à remercier le Directeur du laboratoire Christian

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LAURENT ainsi que Bernard DESPAX qui ont suivi de près mes travaux ainsi que pour avoir
participé aux divers débats scientifiques.
Enfin d’un point de vue personnel, je remercie tout particulièrement mes parents et ma
sœur qui m’ont beaucoup apporté et toujours soutenu lors de mes longues années d’études. Je
tiens aussi remercier tous les copains que j’ai l’occasion de rencontrer et de connaître avec
une mention particulière pour Gally, Toast, Brahms, Quiou, Crap, Céline, Marion, Portebois,
Kepa, Pauline, Mag, JB, Tetra, Agathe, Manux, MVK, Chenapan, Mike, Chouch, Mick, Oui-
Oui, Damien, Greg, Al, Marie, Cindy, Bibi, Sylvain et tous les autres. Je lève également ma
coupette à la faluche et ses faluchards, ainsi qu’aux carabins sans qui les études auraient été
beaucoup moins guillerettes.

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Table des matières
Chapitre I Etat de l’art ......................................................................... 13
I.1 Le transport électrique HVDC .................................................................. 15
I.1.1. Courant Alternatif (AC) et courant continu (DC) ........................................ 15
I.1.2. L’avantage du transport du courant DC par rapport au courant AC en haute
tension……………………………………………………………………………………...15
I.1.3. Les grandes lignes HVDC en service ........................................................... 17
............................................................................................................................ 19 II.1
I.2 Les câbles électriques haute tension DC .................................................. 19
I.2.1. Evolution de l’isolation électrique dans les câbles ....................................... 20
I.2.2. Structure des câbles HT à isolation synthétique ........................................... 23
I.3 Physique des polymères ............................................................................. 26
I.3.1. Propriétés du polyéthylène ........................................................................... 26
I.3.2. Origine de la charge d’espace dans les isolants polymères .......................... 31
I.3.3. Transport de charges .................................................................................... 38
I.3.4. Conséquences de la charge d’espace ............................................................ 44
I.4 Stratégies de prévention contre la formation de charges d’espace ........ 47
I.4.1. Modifications dans le volume du polymère ................................................. 47
I.4.2. Modification de la surface du polymère ....................................................... 55
I.4.3. Stratégie adoptée et contexte ........................................................................ 66
I.5 Formulation de dépôts nano-structurés ................................................... 67
I.5.1. Introduction sur les procédés de traitement de surface par la formation de
dépôts…………………………………………………………………………………........67
I.5.2. Principes du procédé plasma à décharge Radio-Fréquence (RF) à couplage
capacitif………………………………………………………………………………….....69
I.5.3. La pulvérisation cathodique : formation des nanoparticules métalliques .... 72
I.5.4. Dépôt d’une matrice organosiliciée par procédé PECVD ............................ 75
I.5.5. Dépôts de couches minces nanocomposites NPs d’Ag/matrice organique
et/ou organosiliciée .............................................................................................................. 80