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Caractérisation des propriétés électriques et des coefficients Kerr de deux hydrofluoroethers utilisés en électrofluidodynamique

Les dispositifs électriques, notamment embarqués, sont de plus en plus compacts et nécessitent toujours plus de puissance. Or, tous ces composants électriques produisent de la chaleur qu’il faut absolument évacuer pour maintenir un fonctionnement optimal. Dans cet objectif, l’équipe électrofluidodynamique de l’institut Pprime développe des systèmes électrohydrodynamiques (EHD) qui ont déjà montré de nombreux avantages pour les applications aussi bien spatiales que terrestres. Pour fonctionner de façon optimale, les systèmes EHD utilisent des liquides diélectriques avec un impact écologique faible comme les Hydrofluoroethers (HFE) dont le comportement électrique est mal connu. L’objectif du travail réalisé dans cette thèse est de caractériser la variation des propriétés électriques des HFE 7000 et 7100 en fonction de la température. Plusieurs méthodes ont été employées pour analyser le comportement électrique en basse tension ; une première méthode conforme aux directives de la normes CEI 61620 puis une seconde basée sur la spectroscopie diélectrique. L’étude est ensuite élargie au comportement thermique sous haute tension. L’analyse des caractéristiques courant-tension permet de mettre en évidence les trois zones typiques de comportement : ohmique, quasi-ohmique et d’injection et ainsi de définir les limites des régimes de conduction et d’injection. Cette partie haute tension aborde également, dans le respect la norme CEI 60156, le problème de la rigidité diélectrique des deux HFE à différentes températures en phase gazeuse et en phase liquide. Enfin, une étude préliminaire novatrice sur l’effet Kerr dans le HFE-7100 est réalisée. Elle montre que cet effet électro-optique peut être utilisé pour l’étude du développement des couches chargées aux interfaces HFE/électrodes. En conclusion, les résultats obtenus dans ce travail apportent une contribution à la compréhension du comportement électrique des HFE. Ceci est nécessaire pour améliorer et optimiser les performances des systèmes EHD fonctionnant avec ces liquides.

Mots-clés libres : Électrohydrodynamique (EHD), Hydrofluoroethers (HFE), pompes EHD, liquides diélectriques, comportement électrique, propriétés électriques, conductivité, permittivité, tension de claquage, spectroscopie, comportement thermique, modèle de Thomson, régimes de conduction, caractéristiques courant-tension, simulation numérique, effet Kerr, couches chargées, interfaces solide/liquide.

Rameau (langage normalisé) :
• Diélectriques
  
• Effet Kerr
  
• Électrofluidodynamique
  
• Spectroscopie diélectrique large bande
  
• Conduction électrique
  
• Claquage (électricité)