Thèse soutenue

Erosion suite à l'impact d'un arc électrique : modélisation et campagnes expérimentales en vue du développement d'un matériau de substitution à l'alliage AgCdO
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Auteur / Autrice : Frédéric Pons
Direction : Mohammed Cherkaoui
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des matériaux
Date : Soutenance le 07/05/2010
Etablissement(s) : Metz
Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236
Jury : Président / Présidente : Abdallah Ougazzaden
Examinateurs / Examinatrices : Noureddine Ben Jemaa, Idriss Ilali, John W. McBride, Jean-Marc Raulot

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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L’AgCdO est l’un des matériaux de contact parmi les plus répandus dans le monde du fait de ses excellentes propriétés. Cependant, étant donné la présence de Cadmium dans celui-ci, il sera bientôt totalement interdit par des directives européennes d’ordre environnementales. Trouver un matériau ne contenant pas de Cadmium et ayant au moins d’aussi bonnes propriétés est donc la clé du projet. Le phénomène d’érosion du matériau de contact suite à l’impact d’un arc électrique joue un rôle de premier ordre dans la fiabilité et la durée de vie des dispositifs de commutation de puissance. Celui-ci influe en effet sur les propriétés du matériau et affecte ainsi le fonctionnement du dispositif de commutation de puissance. Dans ce contexte, nos axes de recherche ont été les suivants. Avant tout, et ce afin de mieux comprendre le comportement à l’érosion suite à l’impact d’un arc électrique de l’AgCdO (matériau de contact utilisé actuellement dans l’industrie aérospatiale) et celui de l’AgSnO2 (candidat potentiel au remplacement de l’AgCdO), des essais ont été réalisés en soumettant les dispositifs de commutation de puissance à différents nombres de décharges. Ensuite, un modèle macroscopique permettant de prédire l’érosion d’un matériau suite à l’impact d’un arc électrique, valable pour faibles et forts courants, a été développé. Ce modèle décrit le processus complet de coupure et donne la quantité totale de matériau érodé suite à une opération de commutation. En parallèle, des essais ont été réalisés sur des dispositifs de commutation de puissance AgCdO à forts courants (0 -> 1000 A) afin de valider ce modèle d’érosion. Les propriétés matériau les plus influentes sur le processus d’érosion ont ensuite été déterminées à l’aide de ce modèle. Enfin, une étude ab initio portant sur les effets d’un changement de composition locale du matériau sur ses propriétés identifiées comme influentes sur le processus d’érosion a été réalisée. Ainsi, l’ensemble de ces travaux permettront de conclure sur des directives dans l’élaboration du matériau de contact qui remplacera l’AgCdO, objectif principal de ces travaux de recherche