Modélisation et caractérisation des matériaux nanocomposites par des méthodes diélectriques

"Il ya beaucoup de place vers le bas!", ait déclaré Richard Feynman dans son discours sur les nanotechnologies en 1959, ouvrant un nouveau monde de la science et de la technologie! L'idée d'utiliser des nanoparticules afin d'améliorer les propriétés diélectriques des polymères qui étaient déjà en cours d'utilisation a suscité l'intérêt des chercheurs dans les deux dernières décennies. Nanocharges tels que la silice, l'alumine, l dioxyde de titan, etc, mais aussi des particules plus grosses comme les argiles ou les nanotubes de carbone ont été mélangés avec les polymères «classiques» afin d'améliorer les propriétés du polyéthylène, des résines époxy, de polypropylène, etc.De nos jours, le rendement de conversion d'énergie de générateurs électriques est limitée par des problèmes thermiques et électriques, limitations étant surtout liées à la qualité des rubans isolants appliqués sur les barres en cuivre. En conséquence, des rubans isolants innovants basés sur des de matériaux nanostructurés ont été envisagés pour augmenter le rendement énergétique des alternateurs et le but de ce travail est d'étudier ces matériaux innovants et de comparer leurs propriétés avec celles des matériaux déjà utilisés, afin d'aider à choisir le meilleur matériau composite pour les futurs rubans. Après une brève introduction sur le contexte de ce travail, on a présenté bref état de l'art les propriétés des polymères époxy, avec un débat sur les propriétés électriques de la matrice polymère choisie (résine époxyde), ses propriétés chimiques et thermiques. Ensuite, les nanocharges choisies et leurs propriétés spécifiques sont présentés, en discutant les différentes étapes du procédé de fabrication, aussi qu'un débat sur les phénomènes qui apparaissent à l'échelle nanométrique et leur éventuelle influence sur les propriétés du matériau composite fini.Différents groupes de matériaux composites à base d'époxy remplis de silice nanométrique, argile organique ou de nitrure de bore sont analysés dans ce travail. Afin de caractériser et interpréter leurs propriétés, plusieurs outils ont été utilisés: la microscopie imagerie, la caractérisation thermique ainsi que les méthodes d'investigation à fort ou faible champ électrique. Leur caractéristiques sont ressemblés et différents observations sur des propriétés «générales» ou «spécifiques» des matériaux composites ont été observés et discutés par rapport à l'influence du type de charge utilisée, de son traitement ou de son poids total sont débattues.Enfin, un modèle numérique basé sure une généralisation de la loi des mélanges sera utilisée afin de prédire la réponse diélectrique des matériaux composites ainsi que les paramètres (taille, permittivité) de l'interphase, «l'ingrédient« magique du mélange matrice de remplissage. Le modèle présenté nous a permis de donner un lien entre les différents matériaux et de valider les résultats obtenus expérimentalement. Une approche par éléments finis est utilisée.Ce manuscrit s'achève par des conclusions sur le travail présenté et il laisse entrevoir les perspectives dans l'analyse complexe des polymères nanocomposites .