Thèse soutenue

Impact de la distribution des antioxydants sur la stabilisation des isolants PE de câbles électriques de centrale nucléaire

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Auteur / Autrice : Anne Xu
Direction : Xavier ColinSébastien Roland
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique-matériaux
Date : Soutenance le 26/03/2021
Etablissement(s) : Paris, HESAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris)
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)

Résumé

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Le polyéthylène basse densité réticulé (XLPE) est communément utilisé pour l’isolation des câbles électriques de centrale nucléaire. Cependant, comme tout polymère hydrocarboné, le XLPE est sensible à l’oxydation, qui est la cause principale de la dégradation du polymère. Aussi, afin de protéger les polymères de l’oxydation, des antioxydants (AO) sont systématiquement ajoutés dans leur formulation. Cependant, en raison de leur différence de polarité, les AO présentent généralement une faible solubilité dans les matrices polyéthylène (PE), ce qui peut aisément induire une séparation de phase des AO. Or dans ce cas, le devenir des AO en excès reste à étudier. L’objectif de cette thèse a donc été d’élucider la distribution des AO au sein d’une matrice PE en fonction de leur concentration incorporée ; et d’étudier l’impact d’une telle distribution sur la stabilisation du polymère. Pour ce faire, deux types d’AO couramment utilisés dans l’industrie ont été étudiés : un phénol encombré et un thiodipropionate. Une méthodologie expérimentale a été développée, permettant la détection, l’identification et la quantification des différentes phases d’AO présentes dans le polymère. A l’aide de cette méthodologie, une séparation de phase a été observée pour une concentration en AO d’environ 0,9 wt%, au-delà de laquelle les AO excédentaires s’exsudent et recristallisent à la surface du matériau. A travers l’étude du vieillissement thermique sous air d’échantillons modèles stabilisés avec, ou non, un excédent d’AO, les mécanismes de consommation chimique et de perte physique des différentes phases d’AO ont été investigués ; et le rôle des AO initialement en excès (cristaux) sur la stabilisation du polymère au cours de son vieillissement oxydant a été étudié. La poursuite de l’étude sur un matériau industriel (câble électrique) a ensuite permis d’évaluer les conséquences de la séparation de phase des AO dans le polymère sur les propriétés diélectriques du matériau.