Etude des correlations entre les proprietes mecaniques des papiers et les traceurs chimiques issus de son vieillissement pour surveiller l'etat de l'isolation solide des transformateurs de puissanc

Cette recherche doctorale porte sur la perte des proprietes mecaniques de differents types de papiers cellulosiques impregnes dans des fluides isolants, lors de vieillissements thermiques acceleres. Ces deux types de materiaux isolants sont couramment utilises dans les transformateurs de puissance. Plusieurs autres parametres ont ete mesures lors de ces vieillissements, soit : les traceurs chimiques issus de la degradation du papier, l'acidite, la teneur en eau dans le papier et dans l'huile. Cette recherche peut etre subdivisee en trois parties distinctes.;Dans la premiere partie, des vieillissements acceleres des papiers Kraft et Kraft thermiquement ameliore (TUK) impregnes dans l'huile minerale Luminol Tri a 150 °C, 170 °C et 190 °C ont ete realises dans des cellules en aciers inoxydables scellees. De cette etude, des correlations quasi lineaires entre la concentration en methanol, le degre de polymerisation de la cellulose et les proprietes mecaniques des papiers ont ete obtenues. L'influence quasi exponentielle de la temperature sur le vieillissement de la cellulose a ete confirmee. En utilisant les equations d'Arrhenius et de Calvini modifiees, les cinetiques de la perte de proprietes mecaniques du papier, de generation du methanol et la depolymerisation de la cellulose ont ete modelisees. Les resultats obtenus, sur le methanol et la depolymerisation, sont en accord avec les valeurs observees dans la litterature scientifique. Le modele cinetique ainsi obtenu pour determiner le changement de proprietes mecaniques pendant le vieillissement du papier est en bon accord avec les donnees experimentales. Ces resultats prometteurs ouvrent la possibilite de developper des outils pratiques pour surveiller l'etat du papier a l'interieur des transformateurs de puissance en service.;La deuxieme partie porte sur la comparaison des resultats obtenus dans l'huile minerale a des vieillissements de papiers impregnes dans un ester synthetique a impact environnemental reduit, Midel 7131. Presentement, les esters sont introduits en tant que fluide isolant dans les grands transformateurs en raison de leur grande biodegradabilite et leur capacite a ralentir le vieillissement de la cellulose. Cependant, les techniques normalisees utilisees pour analyser les huiles minerales ne peuvent etre directement appliquees aux esters. Les esters, en general, generent des produits de degradation avec des concentrations tres differentes de celles generees dans les huiles minerales. Les resultats ont montre que le taux de perte de proprietes mecaniques du papier dans l'ester synthetique (Midel 7131- Midel) etait plus faible que dans le cas de l'huile minerale isoparaffinique (Luminol Tri - Luminol). De plus, la correlation entre la concentration en methanol et les proprietes mecaniques n'est pas lineaire comme dans le cas de l'huile Luminol. A partir d'un certain niveau de degradation, la concentration du methanol diminue, probablement causee par une interaction entre des produits polaires provenant de la degradation de l'ester et le methanol. Il n'est pas exclu qu'une reaction entre le methanol et certains composes issus de la degradation de l'huile surviennent. Pour pallier a cette problematique, le furane (C4H4O) a ete propose comme un potentiel traceur chimique du vieillissement de la cellulose dans l'ester. Une correlation quasi lineaire a ete observee entre la concentration de furane et les proprietes mecaniques du papier. En outre, on a observe que la teneur en acidite totale comme indicateur de degradation du papier n'etait pas utile pour les esters vieillis puisque seule une partie des acides organiques, de faibles poids moleculaires, semble interagir avec le vieillissement de la cellulose.;La troisieme et derniere partie est axee sur l'amelioration de la comprehension du processus de vieillissement des papiers cellulosiques thermiquement ameliore avec differents pourcentages de teneur en azote. Des echantillons de papier contenant respectivement : 1,4 %, 2,6 % et 4,4 % en poids d'azote, impregnes avec l'huile minerale isoparaffinique (Luminol) ont ete vieillis a 170 °C. Les resultats montrent que l'augmentation des additifs azotes contribue a ralentir la perte des proprietes mecaniques des papiers et la depolymerisation des chaines de cellulose. Une amelioration importante en matiere de proprietes mecaniques et de depolymerisation du papier entre 1,4 % et 2,6 % d'azote a ete observee. Cependant, une amelioration marginale a ete observee entre les papiers contenant 2,6 et 4,4 % d'azote. On a note des correlations lineaires entre la concentration de methanol, l'indice de traction et le degre de polymerisation independamment de la teneur en azote dans les papiers.;Les resultats decrits dans les trois parties contribuent grandement a l'avancement du domaine du vieillissement de l'isolant cellulosique et permettent de proposer des outils de diagnostic pour surveiller l'etat de degradation du papier isolant. (Abstract shortened by ProQuest.).