Tout milieu qui n’est le siège d’aucun courant lorsqu’un champ électrique y est présent.

L’état isolant dépend de la nature du milieu et de celle de ses frontières. Ainsi, le vide absolu est un isolant parfait localement, mais, si sa frontière est un métal qui émet des électrons, il devient un bon conducteur. Un liquide isolant se met à conduire si les électrodes « injectent » des électrons ou des ions. Dans le cas des isolants solides usuels, le déplacement des électrons est très lent parce qu’ils sont fréquemment arrêtés par des « pièges ». La qualité isolante est alors indépendante des électrodes. C’est une supériorité des isolants solides. Leur résistivité est de 10¹³ à 10¹⁵ Ω.cm contre 10⁸ à 10¹¹ Ω.cm pour les liquides dans des conditions industrielles. Les gaz ont une grande résistivité, mais donnent facilement lieu à l’effet couronne, qui est, lui aussi, une injection d’ions par les électrodes. Le vide n’est pas utilisable.

À côté de la conductivité, le claquage est la plus importante limitation d’un isolant. C’est un phénomène d’instabilité absolument universel. Lorsque le champ électrique atteint sa valeur « disruptive » E_c, dont l’ordre de grandeur est de 20 à 100 kV/mm pour les solides et les liquides, de 1 à 5 kV/mm pour les gaz à T. P. N. (température et pression normales), le courant augmente de façon brusque et irréversible, et l’état isolant disparaît. Il se rétablit si la tension est momentanément supprimée dans le cas des gaz et du vide ; il est définitivement détruit pour les solides. Dans le cas des liquides, une baisse de qualité est fréquente en raison de leur décomposition chimique (les liquides isolants ne sont pas des éléments, sauf en cryoélectrotechnique).

On ne possède aucune théorie du claquage de portée générale, sauf pour les gaz. C’est un point faible de l’électrotechnique, car la plupart des défaillances sont dues à des claquages. Aussi, les champs en service dans les isolations sont limités : 50 kV/mm pour les câbles et les condensateurs en tension continue, de 10 à 20 kV/mm en tension alternative, seulement 5 kV/mm dans une machine tournante.

Le champ disruptif n’est en rien une caractéristique du matériau : il dépend de son épaisseur, de la courbure des électrodes, de la fréquence et de la durée d’application de la tension, de la température et aussi de toute l’histoire passée. Dans le cas des solides et des liquides, le caractère aléatoire ou indéfini du phénomène est si marqué que la notion même de champ disruptif n’a pas de valeur scientifique. Pour les gaz, le phénomène est reproductible si l’on spécifie la pression, la température, la nature et la forme des électrodes, et si des électrons-germes sont en quantité suffisante. Entre électrodes planes parallèles, la tension de claquage U_c est seulement fonction du produit pression distance p.d (loi de Paschen) ; elle passe par un minimum de 200 à 400 V lorsque p.d est de l’ordre de quelques (mmHg × mm). Pour les grandes valeurs de p.d, U_c croît presque linéairement avec p.d (application à l’isolation par gaz comprimés) ; pour les petites, il remonte très vite. L’existence du minimum est un des faits capitaux de l’électrotechnique, car elle exclut toute ionisation du gaz si la tension ne le dépasse pas. En conséquence, E_c décroît toujours quand d croît ; très grand pour d petit (à cause du minimum de U_c), il devient très faible aux très grandes distances (éclairs).

Le même effet a lieu pour le rayon de courbure : au voisinage d’un cylindre dans l’air, on a

Ainsi, U_c ne peut être une fonction linéaire des dimensions ; en doublant celles-ci, on ne double pas U_c car E_c a décru. Inversement, sur une pointe, un fil fin, une sphérule, E_c est très grand (de 10 à 30 kV/mm dans l’air). Cela compense en partie l’effet électrostatique des pointes et permet la réalisation de charges et de forces importantes sur de très petits objets.

Sous tension alternative suffisante, le claquage se produit deux fois par période dans le gaz des vacuoles, poches, bulles, etc., que contient tout isolant solide. Ce phénomène est capital, car ces « décharges partielles » détruisent progressivement l’isolation et conduisent en un temps variable au claquage complet. La variation de E_c de l’air en fonction de d montre l’intérêt de réduire la taille des vacuoles, surtout en dessous de 50 à 100 μ. D’où l’emploi de laminage, d’imprégnants dans l’élaboration des isolations solides, de pression hydrostatique pour les liquides.

N. F.

 C. Huraux, les Isolants (P. U. F., coll. « Que sais-je ? », 1968).

Support, en matière isolante, d’un conducteur électrique.

Matières premières utilisées

On a utilisé le verre et la porcelaine pour réaliser les isolateurs, le premier pour les lignes de la 1^re et de la 2^e catégorie.

• Le verre est meilleur marché que la porcelaine. Il présente cependant deux défauts : il est d’abord plus sensible que la porcelaine aux variations de température, puis il favorise la condensation de l’humidité. On utilise pour la fabrication des isolateurs un verre spécial moulé sous pression et recuit lentement à température constante. On améliore sa résistance aux chocs et on diminue sa sensibilité aux variations de température par trempage. Le verre a l’avantage de laisser apparaître les défauts internes par transparence.

• La porcelaine pour isolateurs doit être très pure, exempte de tous sels métalliques. Sa cuisson doit être conduite pour obtenir la vitrification à cœur. La surface extérieure est recouverte d’un émail au silicate cuit au four pour protéger l’isolateur contre les reprises d’humidité.