A Panorama of Electrical Conduction Models in Dielectrics, with Application to Spacecraft Charging

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Comprendre la dynamique du transport de charges déposées sur un isolant désordonné

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Quelques outils statistiques et conceptuels pour comprendre la dynamique du transport de charges déposées sur un matériau isolant désordonné

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HENRI CALET, OU L'ESSAI AUTOGRAPHIQUE. STYLISTIQUE DE LA VOIX ROMANESQUE

PARIS4-BU Serpente (751052129) / SudocSudocFranceF

Caractérisation de surface par cartographie du potentiel (application à la détection de défauts liés à la corrosion)

Une méthode non destructive basée sur des mesures de potentiel de surface, bien connue dans le domaine de la caractérisation des diélectriques, est utilisée pour détecter des défauts sous un revêtement organique employé pour la protection contre la corrosion. Cette technique électrostatique consiste à charger une surface par décharge corona, puis d'enregistrer sans contact le déclin de potentiel de surface en un point ou sur une zone. Une première étude a été orientée sur le suivi du développement de la dégradation d'éprouvettes scarifiées et vieillies artificiellement. Les cartographies de potentiel ont mis en évidence l'intérêt de la technique par la détection de zones à bas potentiel. Certaines zones sont réversibles par séchage jusqu'à un seuil de vieillissement, et d'autres correspondent à des points singuliers (cloquage après un certain temps). La réponse du déclin et retour montre trois phénomènes principaux: réponse de base dipolaire, polarisation rapide et conduction, les deux derniers étant activés par le vieillissement. Ces résultats ont été interprétés par une prise d'eau non homogène sur la surface. Des mesures de potentiel de surface et leur analyse détaillée ont été ensuite effectuées sur des isolants composites époxy-fibre de verre avec des cavités calibrées, et montrent clairement une réponse particulière induite par la présence de la cavité. Les résultats sont expliqués en termes de polarisation et d'injection de charges à l'interface cavité/isolant. Nous concluons que la polarisation est réduite par la présence de la cavité alors qu'elle induit au contraire une forte injection de charge. Deux modèles sont développés pour interpréter ces résultats.A non-destructive method using surface potential measurements, well-known in the field of dielectric characterization, is used for the detection of defects under organic anticorrosion coatings. This electrostatic tool consists of an initial surface charging by a corona discharge, followed by a non-contact measurement of the surface potential decay either at a point or over a zone of the surface of the insulating film. The work presented here is carried out in order to follow the deterioration of artificially aged samples. The potential maps show the value of the technique for detecting low potential areas. Degradation in some areas can be reversed by drying up to an ageing threshold; other defects correspond to areas where blisters appear after some time. The potential decay and return dynamics show three major phenomena: dipolar basic response, fast polarization and conduction, the last two being activated by ageing. These results were evaluated by non-homogeneous water absorption on the surface. Next, surface potential measurements and their detailed analyses were carried out on composite epoxy-fiberglass insulating plates with calibrated cavities, and showed a specific response induced by the cavity. This response may be explained in terms of material polarization and charge injection from the cavity/insulation interface. It is concluded that polarization is reduced by the presence of a cavity, whereas charge injection is enhanced. Two models are developed to better understand these results.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Transport de charges et mécanismes de relaxation dans les matériaux diélectriques à usage spatial

Comprendre et modéliser le comportement des matériaux sous irradiation électronique est un enjeu important pour l industrie spatiale. La fiabilité des satellites nécessite de maîtriser et prédire les potentiels de surface s'établissant sur les diélectriques. Ce travail de doctorat a donc pour objectif de caractériser et de modéliser les différents mécanismes physiques (en surface et en volume) gouvernant le potentiel de charges dans les matériaux polymères spatiaux tels que le Téflon® FEP et le Kapton® HN. La mise au point d'un nouveau dispositif et d'un protocole expérimental a permis de corroborer l'existence d une conductivité latérale des charges, souvent négligée dans les modèles physiques et numériques. Les études paramétriques, révélant l influence de l énergie et le flux des électrons incidents, ont permis de brosser un portrait des processus mis en jeu pour le transport (par saut ou par piégeage/dépiégeage) de charges en surface. A la lumière de cette étude, une conductivité équivalente est extraite, assimilant le matériau à un système prenant en compte les mécanismes de transport volumique et surfacique. L'analyse des évolutions non-monotones de potentiel mesurées sur les polymères spatiaux en condition spatiale a permis de révéler une dépendance de la conductivité volumique induite sous irradiation avec la dose reçue. L'étude paramétrique réalisée sur les mécanismes de transport en volume révèle une influence minoritaire du déplacement du barycentre de charges et du vieillissement physicochimique. Un modèle 0D à un seul niveau de pièges, prenant en compte les mécanismes de piégeage/dépiégeage et recombinaison entre les porteurs de charges, a été développé. Ce modèle simplifié permet de reproduire qualitativement les évolutions de potentiel expérimentales en fonction du débit de dose et lors d'irradiations successives.Charging behaviours of space dielectric materials, under electron beam irradiation, is of special interest for future spacecraft needs, since this mechanism could induce electrostatic discharges and consequently damages on the sensitive systems on board. In order to assess the risks of charging and discharging, this work aims at understanding the overall charge transport mechanisms and predicting the electrical behaviour of the insulator materials, especially Teflon® FEP and Kapton® HN. For an optimized prediction, the first part of our work is thus to check whether lateral conduction process can take place in the overall charge transport mechanism. Through the definition of a new experimental set-up and protocol, we have been able to discriminate between lateral and bulk conductivity and to reveal the presence of lateral conductivity that is enhanced by radiation ionization processes. We have been able to demonstrate as well that lateral intrinsic conductivity is enhanced with the increase current density and when approaching the sample surface. The second part of our work deals with the characterization of the electrical charging behaviour of Teflon® FEP under multi-energetic electron beam irradiation and the modelling of the overall bulk charge transport mechanisms. An experimental study on charge potential evolution as a function of electron spectrum, electric field, relaxation time, dose and dose rate, was performed. A numerical model has been developed to describe the effect of the different abovementioned mechanisms on the evolution of the surface potential. This model agrees correctly with the experimental phenomenology at qualitative level and therefore allows understanding the physical mechanisms steering charge transport in Teflon® and Kapton®.TOULOUSE-ISAE (315552318) / SudocSudocFranceF

Influence de la configuration du défaut osseux péri-implantaire sur les thérapeutiques chirurgicales régénératives des péri-implantites

LYON1-BU Santé Odontologie (693882213) / SudocSudocFranceF