Les problèmes technologiques associés à la fabrication et à l'utilisation des matériaux isolants demeurent nombreux et sont souvent récurrents dans beaucoup de secteurs industriels. Cette situation reflète les insuffisances des théories de l'endommagement des isolants. Cet ouvrage sur Les isolants propose un nouveau modèle d'endommagement des isolants permettant d'en prévoir le comportement et décrit une méthode de mesures des grandeurs préconisées par ce modèle. Les phénomènes de claquage, de fracture et d'usure sont ensuite expliqués à travers ce modèle. Des applications à des problèmes technologiques variés sont présentées et plusieurs stratégies d'amélioration des matériaux y sont proposées. Les auteurs précisent les caractérisations à effectuer dans un microscope électronique à balayage pour évaluer la qualité des isolants. L'exposé de cette méthode comporte plusieurs développements originaux essentiels à la maîtrise technologique de ce type de matériaux.
Les isolants constitue mémento original destiné à servir de guide pratique à des ingénieurs et à des chefs de projet concernés par la maîtrise technologique des isolants. Il contribuera aussi à la formation d'étudiants et à la sensibilisation de chercheurs à des nouvelles approches fondamentales des isolants.
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Extrait
Les isolants
Physique de la localisation des porteurs de charge
Applications aux phénomènes d’endommagement
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Physique de la localisation des porteurs de charge
Applications aux phénomènes d’endommagement
Christiane Bonnelle Guy Blaise Claude Le Gressus Daniel Tréheux
11, rue Lavoisier 75008 Paris
Chez le même éditeur
Endommagement et rupture des matériaux, volumes 1 et 2 M. Clavel, P. Bompard (sous la dir.), 2009
Physique des matériaux pour l’électronique A. Moliton, 2007
Les diélectriques. Propriétés diélectriques des matériaux isolants R. Coelho, B. Aladenize, 1993
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répulsions demeurant mystérieuses jusqu’à l’entrée en scène de la mécanique quan-tique. De celle-ci allait alors naître une théorie cohérente des solides, expliquant notamment les gigantesques différences de conduction électrique observées entre les conducteurs et certains isolants. Et bientôt allaient être réconciliées la physique des défauts — qui s’ouvre sur les phénomènes de diffusion atomique et de déforma-tion —, celle des microstructures et des textures, celle de la cohésion des cristaux, et celle de la conduction, effaçant une bonne partie de la contradiction précédente. Ce fut là l’œuvre de physiciens tels que Frederick Seitz, Neville Mott, Jacques Friedel, André Blandin, et d’autres, qui surent intégrer en une description cohé-rente, la constitution atomique ou ionique des solides et leur structure électronique.
Parmi bien d’autres, une évidence apparut bientôt : l’existence de défauts cris-tallins devait s’accompagner d’une augmentation de l’énergie interne, fortement dépendante de l’état de charge de ces défauts. L’effet n’est pas mince puisque ce fut lui qui entraîna — par accumulation de défauts ponctuels d’irradiation dans les matériaux de structure — l’incendie catastrophique du réacteur nucléaire n° 2 de Windscale, en octobre 1957, sur la côte du Cumberland. Plus généralement, il devint évident que les défauts cristallins étaient à l’origine de nombre des propriétés les plus importantes des solides, qu’elles soient bénéfiques (la plasticité, la soudabi-lité…) ou maléfiques (l’effet Wigner à l’instant évoqué, le gonflement des gaines de réacteurs nucléaires…). Mais — mis à part lescentres colorés, connus depuis l’observation des « halos pléochroïques » dans les micas (Rosenbusch, 1873) — c’est surtout dans les métaux que les défauts furent le mieux décrits, en particulier grâce à la facilité d’emploi, dans leur cas, de la microscopie électronique par trans-mission. C’est pourquoi le présent livre, consacré aux isolants, est particulièrement bienvenu.
Dans une progression en trois parties, il débute par une présentation générale et particulièrement pédagogique des données théoriques relatives à la structure des isolants, à leurs propriétés de conduction et de polarisation, au piégeage et au dépiégeage des charges. Puis il décrit en détail les principaux moyens de caracté-risation expérimentale qui ont permis, ces dernières décennies, de très significa-tives avancées : mesures de permittivité, de ruptures diélectriques, de conduction, de microcalorimétrie, d’effet Kerr et, singulièrement, de microscopie à balayage. Enfin il regroupe tout un ensemble de situations pratiques où apparaissent concrè-tement les problèmes technologiques posés par l’utilisation des isolants : vieillis-sement par l’action de contraintes mécaniques ou électriques, ou par celle des radiations ionisantes ; claquages, frottement, usure, ruptures… De très nombreux exemples concrets, des illustrations claires, une approche parfois semi-empirique, des modèles simples mais pertinents, une précieuse description des protocoles expérimentaux mis en œuvre, la présentation d’un grand nombre de cas concrets — céramiques, polymères, verres, oxydes, porcelaines, matière biologique… — ainsi qu’une bibliographie abondante, rendent la lecture à la fois vivante et informative.
Il convient de remercier Christiane Bonnelle, Guy Blaise, Claude Le Gressus et Daniel Tréheux d’avoir uni leurs efforts pour nous offrir ici une synthèse qu’appré-cieront aussi bien les étudiants — universités et grandes écoles confondues — les chercheurs, les ingénieurs et les praticiens. Alors que, actuellement, nombre de nos activités de recherche industrielle en matériaux s’étiolent ou disparaissent — par mesures irréfléchies d’économie, par mondialisation… — il est important qu’un
ouvrage de cette nature nous rappelle avec vigueur que l’utilisation desdits maté-riaux, et singulièrement celle des isolants, ne saurait se ramener à un choix sur catalogues ou étagères, mais qu’elle repose sur une science en continuelle progres-sion ; et que ne pas participer, dans nos laboratoires, à cette progression condam-nerait rapidement notre pays à ne devenir, face à des étagères de plus en plus abon-damment garnies par d’autres, qu’un client ou qu’un sous-traitant.