Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les lignes aériennes de transport et de distribution de l’énergie électrique sont souvent exposées à diverses contraintes. Parmi celles-ci, la pollution des isolateurs constitue l’un des facteurs de première importance dans la fiabilité du transport d’énergie. En effet, la présence de pollution sur les isolateurs lorsqu’elle est humidifiée entraîne la diminution de leur performance électrique en favorisant l’apparition d’arcs de contournement. De telles pannes peuvent parfois causer des impacts socioéconomiques importants. Par ailleurs, le développement de nouveaux revêtements pour ces isolateurs peut s’avérer un moyen efficace pour les protéger contre l’apparition de l’arc de contournement. Les revêtements superhydrophobes ont fait l’objet de nombreuses études au cours de ces dernières années. Ces surfaces sont préparées en combinant une rugosité nano-microstructurée avec une faible énergie de surface. En outre, de telles surfaces ont de nombreuses applications si elles sont durables et n’ont pas d’effets nocifs sur l’environnement. L’objectif principal de la présente étude vise d’abord l’élaboration de revêtements superhydrophobes, puis l’étude de leur durée de vie, leurs propriétés diélectriques et photocatalytiques. Une grande variété de matériaux à faible énergie de surface peuvent être utilisés pour le développement de ces revêtements. Dans cette recherche, le caoutchouc de silicone (CS) est employé car il présente de nombreuses propriétés, notamment une forte hydrophobie, une résistance aux rayonnements ultraviolets, et une bonne tenue au feu sans dégagement de produits toxiques. Toutefois, le point faible de ces matériaux est la dégradation de leurs propriétés hydrophobes. Afin d’améliorer certaines propriétés du caoutchouc de silicone, des nanoparticules seront additionnées au polymère de base. La technique d’élaboration des revêtements consiste à ajouter des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) au polymère de base, par des méthodes ayant un potentiel d’applications industrielles. Les paramètres d’élaboration ont été optimisés afin d'obtenir des revêtements stables présentant des angles de contact élevés avec des gouttelettes d’eau et de faibles hystérésis. Après avoir obtenu des surfaces superhydrophobes, des tests de stabilité ont été effectués dans des conditions de vieillissement accéléré tels que l'immersion dans des solutions aqueuses avec différents pH et conductivités ou la dégradation par rayonnement UV. Les résultats obtenus ont montré que l'ajout de nanoparticules de dioxyde de titane au caoutchouc de silicone permet d’améliorer l’hydrophobie et la stabilité de ce polymère. Les revêtements superhydrophobes obtenus ont pu maintenir leur superhydrophobicité après plusieurs jours d’immersion dans différentes solutions aqueuses. Ils présentent aussi une bonne stabilité lorsqu’ils sont exposés aux rayons UV ainsi qu’une stabilité mécanique. De plus, on a pu développer des revêtements nanocomposites et microcomposites avec de bonnes propriétés diélectriques. L'étude des propriétés photocatalytiques des revêtements superhydrophobes ont montré que l’adsorption des molécules réactives (polluants) sur la surface du catalyseur (TiO2) est le paramètre clé de l’activité photocatalytique. L’augmentation de la concentration de TiO2 conduit à une diminution de la concentration du polluant et par conséquent à un excellent rendement photocatalytique.

Overhead power transmission lines are often exposed to various environmental conditions. Pollutants accumulating on insulators is one of the most important factors that must be considered when properly assessing an electrical network’s reliability. Humidified pollution on the surface of insulators can affect electrical performance and facilitate the occurrence of external flashovers. These power network breakdowns can have serious socio-economic impacts. An effective way to protect such surfaces against flashovers is to coat insulator surfaces with protective coatings. Superhydrophobic coatings have gained much interest in the past few decades due to their wide range of possible applications. These surfaces combine nano-microstructured roughness with low energy surfaces. Such surfaces have an even greater number of potential applications if they are durable and environmentally friendly. The primary objective of this study is the development of a superhydrophobic coating for protecting overhead insulators. These coatings are studied with regards to their expected service or useful life expectancy as well as their dielectric and photocatalytic properties. A wide variety of low surface energy materials may be used for developing these coatings. In this project, silicon rubber (SR) is used as it has unique properties, namely high water repellency, resistance to ultraviolet (UV) radiation, and good fire resistance without the emission of toxic products. However, SR loses its hydrophobic behavior over time. To improve the hydrophobicity of SR, titanium dioxide (TiO2) nanoparticles are added on the base polymer through a relatively simple process that can be utilized within an industrial setting. The deposition parameters are optimized to obtain mechanically stable coatings having high contact angles and low hysteresis. Surface stability is assessed through various accelerated aging experiments such as submerging surfaces in aqueous solutions that have varying pH and conductivity, as well as exposing surfaces to UV and mechanical impacts. The results show that the addition of TiO2 nanoparticles improves the hydrophobicity and mechanical stability of SR. The obtained superhydrophobic coatings sustain their superhydrophobicity after several days of immersion in the various aqueous solutions and also exhibit good stability against UV radiation and mechanical impact. The methods presented in this study allow for the development of nanocomposite and microcomposite coatings having good dielectric properties. An assessment of the photocatalytic properties of these superhydrophobic coatings shows that the adsorption of reactive molecules (pollutants) on the catalyst surface (TiO2) is a key parameter affecting photocatalytic activity. Increased TiO2 concentrations lead to decreased concentrations of pollutants on the surfaces and thereby improves the photocatalytic properties of the coatings.