Elaboration de revetements nanocomposites avec des proprietes superhydrophobes, semi conductrices et photocatalytiques

Les lignes aeriennes de transport et de distribution de l'energie electrique sont souvent exposees a diverses contraintes. Parmi celles ci, la pollution des isolateurs constitue l'un des facteurs de premiere importance dans la fiabilite du transport d'energie. En effet, la presence de pollution sur les isolateurs lorsqu'elle est humidifiee entraine la diminution de leur performance electrique en favorisant l'apparition d'arcs de contournement. De telles pannes peuvent parfois causer des impacts socioeconomiques importants. Par ailleurs, le developpement de nouveaux revetements pour ces isolateurs peut s'averer un moyen efficace pour les proteger contre l'apparition de l'arc de contournement. Les revetements superhydrophobes ont fait l'objet de nombreuses etudes au cours de ces dernieres annees. Ces surfaces sont preparees en combinant une rugosite nano microstructuree avec une faible energie 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 presente etude vise d'abord l'elaboration de revetements superhydrophobes, puis l'etude de leur duree de vie, leurs proprietes dielectriques et photocatalytiques. Une grande variete de materiaux a faible energie de surface peuvent etre utilises pour le developpement de ces revetements. Dans cette recherche, le caoutchouc de silicone (CS) est employe car il presente de nombreuses proprietes, notamment une forte hydrophobie, une resistance aux rayonnements ultraviolets, et une bonne tenue au feu sans degagement de produits toxiques. Toutefois, le point faible de ces materiaux est la degradation de leurs proprietes hydrophobes. Afin d'ameliorer certaines proprietes du caoutchouc de silicone, des nanoparticules seront additionnees au polymere de base. La technique d'elaboration des revetements consiste a ajouter des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) au polymere de base, par des methodes ayant un potentiel d'applications industrielles. Les parametres d'elaboration ont ete optimises afin d'obtenir des revetements stables presentant des angles de contact eleves avec des gouttelettes d'eau et de faibles hysteresis. Apres avoir obtenu des surfaces superhydrophobes, des tests de stabilite ont ete effectues dans des conditions de vieillissement accelere tels que l'immersion dans des solutions aqueuses avec differents pH et conductivites ou la degradation par rayonnement UV. Les resultats obtenus ont montre que l'ajout de nanoparticules de dioxyde de titane au caoutchouc de silicone permet d'ameliorer l'hydrophobie et la stabilite de ce polymere. Les revetements superhydrophobes obtenus ont pu maintenir leur superhydrophobicite apres plusieurs jours d'immersion dans differentes solutions aqueuses. Ils presentent aussi une bonne stabilite lorsqu'ils sont exposes aux rayons UV ainsi qu'une stabilite mecanique. De plus, on a pu developper des revetements nanocomposites et microcomposites avec de bonnes proprietes dielectriques. L'etude des proprietes photocatalytiques des revetements superhydrophobes ont montre que l'adsorption des molecules reactives (polluants) sur la surface du catalyseur (TiO2) est le parametre cle de l'activite photocatalytique. L'augmentation de la concentration de TiO2 conduit a une diminution de la concentration du polluant et par consequent a 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.