2017TOU30004

Remerciements
Mes remerciements s’adressent à mes directeurs et à mes encadrants de thèse, Thierry
Lebey, Directeur de Recherche au CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), et
Directeur du Laplace (Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie), Sombel Diaham, maître
de conférences à l’Université Paul Sabatier, Zarel Valdez Nava, chargé de recherche au
CNRS, et Lionel Laudebat, maître de conférences à l’Institut National Universitaire
Champollion. Je les remercie de m’avoir accepté en thèse et de m’avoir conseillé pendant ces
trois années de thèse.
Je remercie le précédent Directeur du Laplace, Monsieur Christian Laurent pour
m’avoir accueilli au laboratoire Laplace.
J’aimerais adresser mes remerciements aux membres du jury : à Monsieur Lionel
Flandin, professeur à l’Université de Savoie au Laboratoire des Matériaux Organiques à
Propriétés Spécifiques (LMOPS), Le Bourget-du-Lac, à Monsieur Olivier Lesaint, Directeur
de Recherche au CNRS au Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (G2Elab), pour avoir
accepté de juger mon travail et de participer à mon jury de thèse en tant que rapporteurs. Mes
remerciements s’adressent également à Madame Rachelle Hanna, maître de conférences à
Grenoble INP, pour avoir accepté d’examiner mon travail de thèse.
Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet ANR ELECTRON (Agence Nationale
de la Recherche) du programme JCJC - SIMI (Jeune Chercheuses et Jeunes Chercheurs -
Sciences de l'Ingénierie, Matériaux, Procédés et Energie). Je remercie l’ANR pour le
financement de ce projet.
Je tiens également à remercier les différents collègues du laboratoire : les
informaticiens (Philippe De Vivo, Patrick Bajon, Patrice Ferre), les services communs et
mécanique (Gilles Brillat, Benoît Lantin, Florent Lemarié, Benoît Schlegel, Cédric Trupin),
les secrétaires (Evelyne Cassagne, Christine Jarraud, Christine Monnereau, Cédric Rastelli,
Gisèle Roques), le service électronique (Nordine Ouahhabi, Jacques Salon).
Je tiens également à remercier les membres permanents de l’équipe de recherche
MDCE (Matériaux Diélectriques dans la Conversion de l’Energie) : Pierre Bidan, Vincent
Bley, Jean-Pascal Cambronne, Philippe Castelan, Céline Combette, Nadine Lahoud-Dignat,
Marie-Laure Locatelli, David Malec, Sorin Dinculescu. J’ai apprécié l’aide de François
Saysouk pour préparer les composites et ses conseils.

Pendant ma thèse, j’ai travaillé dans plusieurs laboratoires de Toulouse : le CIRIMAT
(Centre Inter-universitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux), le LCC (Laboratoire
de Chimie de Coordination), le LGC (Laboratoire de Génie Chimique) et le Centre de
microcaratérisation de l’Espace Clément Ader. Je remercie les différents formateurs pour les
conseils et la caractérisation des matériaux.
Je voudrais remercier les doctorants (Laurent Roske, Trong Trung Le, Cédric Abadie,
Guillaume Belijar, Simon Dario, Zenjebil Jouini, Cyril Pelvillain, Hélène Hourdequin,
Thomas Perel, Thibaut Billard, Ana María Hernández Lόpez), et les stagiaires (Enrico,
Yassine, Mitsudome, Garance, Andreea, Elena, Amira).
J’ai démarré une thèse sur un domaine de Génie Électrique, je me suis risqué à un
autre domaine que la science des matériaux. J’ai mélangé une très grande quantité de poudre
dans des résines. Cela est colossal puisque le nombre d’échantillons est important.
Enfin, je voudrais remercier ma famille et mes proches pour le soutien et les
encouragements pendant ce projet.

1
Table des matières
Introduction générale .................................................................................................................. 6
Chapitre I - Systèmes électriques sous fort champ : comment gérer les renforcements de
champ ? .................................................................................................................................... 10
I.1 Introduction et contexte de l’étude ................................................................................. 10
I.2 Renforcement de champ électrique au point triple ......................................................... 14
I.3 Stratégies de gestion des renforcements de champ ......................................................... 17
I.3.1 1ère stratégie : géométrie, arrondissement des électrodes ou lignes à potentiel flottant
.......................................................................................................................................... 18
I.3.2 2ème stratégie : amélioration des propriétés diélectriques de l’isolant ...................... 20
I.3.3 3ème stratégie : matériaux gradateurs de potentiel .................................................... 22
I.3.3.1 Matériaux résistifs ................................................................................................. 23
I.3.3.2 Matériaux à forte permittivité ............................................................................... 26
I.3.3.3 Matériaux à gradient de propriétés : FGM (Functionnally Graded Materials) ..... 27
I.4 Déplacement de particules sous champ électrique : application à la fabrication de FGM
.............................................................................................................................................. 29
I.5 Exemple de simulation de la diminution du pic de champ d’un FGM dans le cas d’un
DBC ...................................................................................................................................... 31
I.6 Conclusion ...................................................................................................................... 34
I.7 Références ....................................................................................................................... 36
Chapitre II - Procédé de mise en œuvre des matériaux composites à gradient de permittivité
par électrophorèse .................................................................................................................... 46
II.1 Introduction ................................................................................................................... 46
II.2 Phénomènes d’électrocinétiques induits par un champ électrique ................................ 46
II.2.1 Electrophorèse ........................................................................................................ 46
II.2.2 Electrohydrodynamique .......................................................................................... 50
II.3 Présentation et caractérisation des matériaux ................................................................ 54
II.3.1 Matrice : résine époxy ............................................................................................ 54
II.3.2 Présentation des particules inorganiques : titanate de strontium (SrTiO3) et titanate
de baryum (BaTiO3) ......................................................................................................... 56
II.3.3 Caractérisation granulométrique et morphologique des particules inorganiques ... 56
II.3.3.1 Surface spécifique (BET) .................................................................................... 57
II.3.3.2 Microscopie électronique à balayage (MEB) ...................................................... 58
II.3.3.3 Comparaison des tailles de particules mesurées par BET et MEB ...................... 60
II.3.4 Masse volumique .................................................................................................... 60
II.4 Procédé d’élaboration des composites à distribution homogène de particules ............. 61
II.5 Etat de dispersion des particules dans les composites à distribution homogène ........... 64
II.6 Détermination du taux de chargement des composites homogènes par analyses
thermogravimétriques (ATG) ............................................................................................... 66