Étude de matériaux irradiés sous faisceau d’électrons par méthode Électro-acoustique Pulsée (PEA)

Dielectric materials are frequently used as electrical insulators in spatial applications. Due to their dielectric nature, these dielectrics are likely to accumulate electric charges during their service. Under certain critical conditions, these internal or surface space charges can lead to an electrostatic surface discharge. To understand these phenomena, an experimental device has been developed in the laboratory. This device allows us to simulate the electronic irradiation conditions encountered in space. The aim of our study is to characterize the electrical behavior of insulating materials irradiated by electron beam, to investigate charge storage and transport phenomena and anticipate electrostatic discharges. In this work, the device based on the Pulsed Electro-Acoustic (PEA) technique has been chosen. It has been implanted in the irradiation chamber. It allows us to obtain the spatial distribution of charges injected between two periods of irradiation and during relaxation. However the PEA method offers a limited resolution and doesn’t allow the detection of injected charges when they are too close to the surface. First, we performed a parameters signal processing analysis that we will call the spreading factor and the resolution factor. The preliminary study post-irradiation in air of experimental measurements showed that the the resolution factor choice is important for the analysis and interpretation of the signal when the space charge is localized near the surface. Then, a comparison to the spreading parameter used in some deconvolution technique was established. In the second time, space charge distribution measurements in vacuum have been carried out on Poly Tetra Fluoro Ethylene (PTFE) films irradiated by an electron beam in the range [10-100] keV. The results obtained were compared to those theoretical results. This work allows us to consider the necessary improvements for the determination of in-situ space charge.Les matériaux diélectriques sont couramment utilisés comme isolants électriques dans le domaine spatial. Par nature, ces diélectriques sont susceptibles d’accumuler des charges électriques au cours de leur service. Dans certaines conditions critiques, ces charges internes ou de surface conduisent à des décharges électrostatiques. Pour comprendre ces phénomènes, un dispositif expérimental a été développé au laboratoire. Ce dernier permet de simuler les conditions d’irradiation électronique rencontrées dans l’espace. L'objectif de notre étude est de caractériser le comportement électrique des matériaux isolants irradiés par faisceau d’électrons, d’étudier les phénomènes de stockage et de transport de charge pour prévoir les décharges électrostatiques. Pour ces travaux, diverses techniques de caractérisation ont été implantées, le dispositif basé sur la technique Électro-Acoustique Pulsée (PEA) a été choisi. Il a été implanté dans l’enceinte d'irradiation. Cette technique consiste à détecter des ondes acoustiques générées par la charge d'espace sous l'effet coulombien d'une impulsion de champ électrique appliqué à l’échantillon. Elle permet de déterminer la distribution spatiale des charges injectées entre deux périodes d’irradiation et au cours des relaxations. La méthode PEA présente une limite de détection en particulier lorsque les charges sont implantées proche de la surface. Dans un premier temps, nous avons effectué une analyse des paramètres de traitement du signal que nous appelons le facteur d’étalement et le facteur de résolution. L’étude préliminaire post-irradiation à l’air sur des mesures expérimentales a montré que le choix du facteur de résolution est important pour l’analyse et l’interprétation du signal lorsque la charge est localisée près de la surface. Pour la suite, une comparaison avec le paramètre d’étalement utilisé dans certaines techniques de déconvolution a été établie. Dans un deuxième temps, des mesures de distribution de charge d’espace sous vide ont été effectuées pour les Poly Tétra Fluoro Ethylène (PTFE) soumis à des irradiations dans la gamme de [10-100] keV. Les résultats obtenus sont comparés à des résultats théoriques. Ce travail nous permet d’envisager les améliorations nécessaires pour la détermination des charges d’espace in-situ