Brevet FR2962856A1 — publié le 20120120

La présente invention concerne l'amélioration de la conductance des connexions électriques et concerne en particulier un dispositif de connexion électrique entre deux conducteurs métalliques. Dans tous les domaines où des connexions électriques métalliques sont utilisées, et en particulier dans le domaine de l'électrotechnique de puissance, les connexions électriques où deux métaux sont mis en contact, se dégradent au cours du temps. Il en résulte des pertes électriques importantes et la perte de rendement qui en découle est un problème majeur. La dégradation de ces connexions est irréversible. En effet, la dégradation des surfaces en contact induit des variations de la densité du courant à travers cette surface. Il s'ensuit des pertes électriques par effet Joule et par la même, une augmentation des températures, ce qui accélère la dégradation des connexions mais également des conducteurs et peut même entraîner leur fusion. La maintenance des connexions nécessite de les démonter afin de pratiquer un £e-surfaçage des zones en contact. Les outils employés pour ces re-surfaçages sont en générai des disqueuses rotatives. Elles dégradent la planéité totale des surfaces en contact ce qui a pour conséquence de limiter les zones et les points de contact. Les zones de contact étant réduites, les connexions subissent alors des contraintes électriques concentrées sur ces zones et leur dégradation est encore plus rapide. Le brevet français publié sous le numéro 2.847.391 décrit un dispositif de contact comprenant un élément conducteur en mousse d'argent adapté pour être intercalé entre les deux surfaces de contact de deux conducteurs d'une connexion électrique. Il s'avère que la mousse d'argent est adéquate pour des connexions en cuivre, mais ne donne pas les résultats escomptés pour des connexions en un autre métal tel que l'aluminium. En outre, pour des raisons de coût, principalement, les conducteurs en cuivre sont remplacés aujourd'hui dans toutes les connexions par des conducteurs en aluminium, métal qui possède une conductivité électrique très proche de celle du cuivre tout en étant, beaucoup moins cher, son seul inconvénient étant la formation d'une couche d'alumine qui rend la connectivité délicate dans les connexions. C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un dispositif de connexion électrique dont au moins un des deux conducteurs en contact est en aluminium qui permet d'améliorer la conductance électrique de la connexion et de ralentir la dégradation des surfaces en contact. L'objet de l'invention est donc un dispositif de connexion électrique comprenant deux conducteurs dont au moins un des deux est en aluminium ayant chacun une surface de contact et un élément conducteur intercalé entre les surfaces de contact des conducteurs L'élément conducteur intercalaire est constitué d'un squelette de mousse de métal à cellules ouvertes de porosité et de déformabilité élevées choisi dans le groupe consistant en fer, cobalt, nickel et leurs alliages recouvert d'au moins un revêtement d'étain, d'indium ou un de leurs alliages. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront, plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels la figure 1 représente une coupe du dispositif de connexion électrique selon l'invention ; et la figure 2 représente l'élément conducteur intercalaire du dispositif selon l'invention comportant un 30 joint d'étanchéité périphérique. Un dispositif de connexion électrique selon l'invention peut être le dispositif illustré sur la figure 1. Les deux conducteurs 12 et 14 dont l'un au moins est en aluminium, sont séparés par un élément conducteur intercalaire 10 en 35 mousse métallique de façon à ce que leurs surfaces entrent en contact avec la mousse. La connexion électrique entre les conducteurs 12 et 14 est réalisée par contact serré grâce à un moyen de serrage tel qu'un boulon de serrage 16 traversant les deux conducteurs ainsi que l'élément conducteur intercalaire. La mousse métallique de l'élément intercalaire 10 est une mousse à cellules ouvertes composée d'un squelette de mousse de métal choisi parmi le groupe consistant en fer, cobalt, nickel et leurs alliages recouvert d'au moins un revêtement métallique tel qu'un revêtement en étain, indium ou un de leurs alliages. L'obtention du squelette de mousse peut se faire par électrolyse. Dans ce cas, une plaque de mousse de matière plastique telle qu'une mousse de polyuréthane est rendue électriquement conductrice et est utilisée comme cathode dans un bain électrolytique, ce qui permet de recouvrir toutes les surfaces des alvéoles ou cellules ouvertes de la mousse par une couche de métal. Une deuxième méthode d'obtention de la plaque de mousse métallique consiste à déposer le métal par la technique du 20 dépôt sous vide. Mais la meilleure méthode consiste en une première étape d'activation de la mousse de matière plastique par dépôt chimique d'une couche de métal de faible épaisseur suivie d'une seconde étape d'électrolyse pendant laquelle 25 une couche du même métal d'épaisseur adéquate est déposée par électrolyse. Après le dépôt de la couche de métal, on se débarrasse du polyuréthane par un procédé adéquat, par exemple par brûlage dans un four. Le polyuréthane brûle et disparaît, ne 30 laissant qu'un squelette constitué exclusivement de métal. La structure de la mousse obtenue est alvéolaire et ses propriétés physiques sont principalement une porosité et une déformabilité élevées afin de réduire la résistance électrique de la connexion, ainsi qu'une faible densité de 35 l'ordre de 400g/m. La mousse est constituée en majeure partie de vide, environ 70% en volume, à cause de sa structure alvéolaire. De ce fait, sa surface comporte une multitude de pointes de contact de l'ordre du micron dont le nombre atteint 30 pointes par mm2. L'épaisseur de la mousse est de l'ordre de 2 mrn. Grâce à ces pointes, l'élément intercalaire possède de nombreux contacts, une grande conductivité et donc une résistance faible. Le choix du fer, du cobalt, du nickel ou d'un de leurs alliages qui sont des métaux présentant une grande dureté, permet d'obtenir des pointes dures capables de pénétrer dans la surface des conducteurs Une caractéristique essentielle de l'invention est que le squelette de mousse métallique est recouvert d'un revêtement d'un autre métal par électrolyse ou tout autre procédé (projection, immersion dans un bain.) de telle sorte que toute la surface alvéolaire soit revêtue de métal. Contrairement au métal constituant le squelette, le métal de revêtement doit être ductile afin d'augmenter la surface de contact de chaque pointe du métal constituant le squelette, de pénétrer dans les stries de la surface du conducteur et d'améliorer la compatibilité électrochimique entre le squelette de mousse et le métal du conducteur, par exemple l'aluminium, dans le but d'engendrer des microsoudages. Ainsi, le métal de revêtement est l'étain, l'indium ou un de leurs alliages A noter que le premier revêtement peut être également recouvert d'un autre revêtement d'un métal différent de celui du premier revêtement, et ainsi de suite. Par exemple, si le premier revêtement est en étain, le deuxième revêtement peut être en indium. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'élément conducteur intercalaire est composé d'un squelette en mousse de nickel recouvert d'un revêtement d'étain. Comme illustré sur la figure 2, l'élément intercalaire comporte de préférence un joint d'étanchéité périphérique 20. Ce joint d'étanchéité périphérique peut être réalisé de différentes façons. Il peut être imprégné dans la mousse ou bien réalisé par la dépose d'un produit d'étanchéité de type élastomère sur la périphérie. Mais il est également possible de réaliser le joint en repliant les bords de la plaque de mousse au moins une fois sur elle-même ou bien en roulant les bords de la plaque de mousse. Le joint d'étanchéité périphérique 20 permet de réduire la pénétration d'agents extérieurs dégradants en créant une barrière étanche à la périphérie du contact. En effet, et en particulier dans le cas des cuves d'électrolyse, les agents dégradants sont généralement des liquides tels que de la soude ou de l'eau de lavage ou bien tout autre produit polluant transporté par l'eau. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour une connexion électrique neuve. Dans ce cas, il améliore l'homogénéité du passage du courant à travers les surfaces en contact. En effet, dans une connexion électrique, le contact est d'autant plus important qu'il se situe à proximité du moyen de serrage ou boulon. de serrage 16. Par conséquent, la résistance. et donc les pertes électriques de la connexion électrique constituée des conducteurs 12 et 14 en contact est minimale près du moyen de serrage 16 et augmente plus on s'en éloigne. Cette répartition inhomogène du courant favorise une zone de concentration de courant plus élevé et donc une zone davantage sollicitée et donc dégradée plus rapidement. L'apport de l'élément conducteur intercalaire constitué de mousse augmente les points de contacts entre les deux conducteurs et permet donc une répartition homogène du courant sur toute la surface de contact. Grâce à cette répartition homogène, il n'existe pas de zones de concentration de courant donc pas de zones davantage sollicitées et propices à une dégradation plus rapide. Le dispositif selon l'invention peut également être avantageusement utilisé pour un contact d'une connexion électrique dégradée ou déformée. Ainsi, dans le cas des conducteurs en aluminium, l'oxygène de l'air provoque la formation d'une couche d'oxyde d'aluminium, l'alumine, qui augmente la résistance de la connexion. De façon à éviter la formation de la couche d'alumine, on a pensé à souder ensemble les deux conducteurs en utilisant un procédé de soudage par explosion. Mais cette technique est très coûteuse et difficile à mettre en oeuvre. L'utilisation de l'élément intercalaire en mousse après retrait de l'alumine est rapide et peu coûteux Dans le domaine des cuves d'électrolyse et des fours d'aciérie, les conducteurs et les connexions électriques sont soumis à des courants de haute intensité et à des températures élevées. L'usure des connexions se concrétise principalement par une déformation des surfaces de contact des connexions électriques. 11 en résulte des pertes électriques importantes pouvant atteindre plusieurs KW par connexion et des variations du passage de courant à travers ces surfaces en contact. Le réusinage des surfaces de contact déformées n'est donc plus nécessaire en utilisant un élément conducteur intercalaire selon l'invention. On obtient ainsi une amélioration importante des connexions électriques présentant des surfaces de contact dégradées et déformées, même lorsqu'il s'agit de déformations de l'ordre du millimètre. En effet, la déformabilité de la mousse lui permet d'épouser les contours dégradés des surfaces en contact et ainsi d'augmenter la surface de contact et de répartir la pression exercée grâce au moyen de serrage 16. En outre, les pointes situées à la surface de la mousse percent également les couches d'oxyde tel que l'alumine qui se forment en permanence à la surface des conducteurs 12 et 14, ce qui permet d'améliorer la conductance électrique d'une connexion usagée et cela même sans la nettoyer au préalable. Selon une variante de réalisation, la mousse composant l'élément conducteur intercalaire peut être imprégnée (chargée) par de la graisse qui remplit complètement les alvéoles de la mousse, ce qui empêche la pénétration de polluants ou d'agents susceptibles d'oxyder ou de dégrader les surfaces. A noter que la graisse peut être conductrice, de façon à augmenter la conductance électrique de la mousse. En outre, cette graisse peut incorporer des produits d'antioxydation et des particules métalliques de quelques microns augmentant sa durée de vie. Les particules peuvent être des particules d'argent, d'or ou tout autre métal bon conducteur de l'électricité. . Le dispositif selon l'invention est d'autant plus avantageux que son efficacité augmente avec la température. En effet, la chute de potentiel d'une connexion de 1 dm2 utilisant le dispositif selon l'invention avec une mousse de nickel recouverte d'étain est de l'ordre de quelques mai pour un. courant d'une intensité de 5000 A et à la température de X30°C. Cette particularité est due au fait que les pointes de la mousse se soudent sous l'effet de la température aux conducteurs 12 et 14 avec lesquels elles sont en contact. Comme déjà mentionné le dispositif selon 1..' i..n.vent.i..on est particulièrement avantageux pour améliorer la conductance des connexions électriques dans lesquelles les deux conducteurs sont en aluminium, mais également lorsqu'un des deux conducteurs est en cuivre et l'autre en aluminium. Enfin, grâce à la diminution des pertes électriques qu'il induit, le dispositif selon la présente invention, est particulièrement adapté pour des courants de haute intensité supérieure à 1000 A. REVENDICATIONS1. Dispositif de connexion électrique comprenant deux conducteurs (12 et 14) dont au moins un des deux est en aluminium ayant chacun une surface de contact et un élément conducteur {10) intercalé entre les surfaces de contact desdits conducteurs, ledit élément conducteur intercalaire étant constitué d'un squelette de mousse de métal à cellules ouvertes de porosité et de déformabilité élevées destiné à réduire la résistance électrique de la connexion ; ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit élément conducteur intercalaire est constitué d'un squelette de mousse de métal choisi dans le groupe consistant en fer, cobalt, nickel et leurs alliages recouvert d'au moins un revêtement d'étain, d'indium ou un de leurs alliages. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdits deux conducteurs {12 et 14) sont en aluminium. 3. Dispositif selon la revendication 1.. ou 2, dans lequel ledit élément conducteur intercalaire (10) comprend un squelette de mousse de nickel. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit squelette de mousse de nickel est recouvert d'un revêtement d'étain. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans 25 lequel circule un courant d'intensité supérieure à 1000 Ampères. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit élément conducteur intercalaire (10) comporte au moins un joint d'étanchéité (20) à sa périphérie créant une 30 barrière étanche aux agents extérieurs dégradants. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit joint, d'étanchéité (20) est réalisé par dépose d'un produit d'étanchéité de type élastomère sur la périphérie dudit élément conducteur intercalaire (10). 8. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit joint d'étanchéité (20) est réalisé par au moins un pliage du bord dudit élément conducteur intercalaire {10). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la mousse de métal constituant le squelette dudit élément conducteur intercalaire (10) est imprégnée de graisse. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel ladite graisse est une graisse conductrice.