Contribution à la valorisation tribologique des huiles de transformateur usagées

• Auteur / Autrice : Stéphanie Eymard
• Direction : Thomas Mathia, Stéphane Valette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance le 12/06/2014
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Daffos et Baudasse
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Denis Mazuyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zenon Ignaszak, Serge Bouvier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Lantéri, Krzysztof Kubiak, Yannick Vanhove

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lubrification

Biphényles polychlorés

Transformateurs électriques

Huiles (isolants électriques)

Mots clés libres

Tribologie

Huiles transformateur

Valorisation

Fontes ductiles

Tribology

Transformer oils

Regeneration

Ductile cast iron

Résumé

Les prévisions alarmistes en ressources naturelles encouragent la recherche de solutions alternatives au niveau mondial. Le recyclage devient alors un défi majeur pour la société, en particulier pour les produits dérivés du pétrole comme les huiles de transformateur. Cette étude est basée sur la recherche de nouvelles voies de revalorisation de ces huiles, par l’analyse critique du contexte concurrentiel, des segments de marché potentiels, ainsi que des propriétés physico-chimiques de ces huiles. Nous nous sommes attachés à déterminer l’adéquation des performances et caractéristiques des huiles de transformateur régénérées aux exigences propres au marché de l’usinage et de la mise en forme des métaux. L’usure des matériaux dans le cadre de la lubrification limite et au-delà, est un domaine d’étude complexe combinant la mécanique, la physique du solide, la chimie ainsi que la thermodynamique des phénomènes irréversibles. Dans le cadre de cette étude les performances d’hydrocarbures neufs, usagés (pollué par les Polychlorobiphényls) et régénérés, ayant des propriétés physico-chimiques et rhéologiques proches, sont comparés dans le cadre d’essais sclérométriques et tribométriques sur une fonte à graphite sphéroïdal, matériau de frottement largement employé dans l’industrie du transport. Une séquence de techniques d’analyse de surface est développée afin de caractériser les morphologies des surfaces et quantifier les déformations de matières résultantes du frottement. La complémentarité des essais sclérométriques et tribométriques, qui permettent d’étudier les performances des hydrocarbures dans différents états de contraintes, respectivement de compression et de cisaillement, révèlent les bonnes performances des huiles de transformateurs régénérées. En quantifiant spécifiquement les performances des huiles revalorisée à travers la détermination de paramètres tribologiques classiques, comme les taux de déformations, les coefficients de frottements ou encore les temps d’initiation au grippage. La composition finale de l’huile régénérée, à savoir la longueur des chaines hydrocarbonées, les teneurs en eau et en PCB, conditionne son comportement tribologique. Suite à ce bilan positif portant sur les performances des huiles de transformateur régénérées en usure abrasive et catastrophique, la mise en forme des métaux peut être identifiée comme une nouvelle voie de valorisation matière de ces huiles.

The alarming forecasts of natural resources encourage worldwide the search for alternative solutions. Hence recycling becomes a major challenge for society, especially for petroleum products such as transformer oils. This study is based on finding new ways of valorizing these oils, which is a complex problem that must meet the economic, political, regulatory, environmental and scientific constraints and challenges. A critical analysis of the competitive environment, of the potential market segments, as well as physic-chemical properties of these oils is the basis to determine new ways of revalorization. In this study, we attempted to determine the suitability and performance characteristics of transformer oil regenerated to the specific requirements of the machining and shaping of metals. The wear of materials under boundary lubrication and beyond this regime, is a complex area of study combining mechanics, solid state physics, chemistry and thermodynamics of irreversible processes. In this study the performance of new, used ( polluted by polychlorinated biphenyls ) and regenerated oils with close physic-chemical and rheological properties are compared in scratch test and tribometric with a ductile cast iron, which is friction material widely used in the transportation industry. A sequence of surface analysis techniques is developed to characterize the morphologies of the surfaces and quantify the resulting deformation of the friction material. The complementarity of scratch an tribometric tests for the study of the performance of hydrocarbons in different stress states, respectively compression and shear, reveals the good performances of regenerated transformer oils. This study has allowed discriminating the behavior of various origins oils under conditions of extreme friction, and specifically quantifying the performance of the regenerated oils through the determination of classical tribological parameters such as rate of deformation, friction coefficients or time to seizure. The final composition of the regenerated oils, ie the length and nature of the hydrocarbon chains, the water and PCBs content and the presence of polar molecules, determines its tribological behavior. Thus, the study showed that the performance of regenerated oils increases with the water and PCB content. Following this positive assessment on the regenerated oil performances in case of abrasive and catastrophic wear, machining and shaping of metals can be identified as a new way for regenerated transformers oils.