Finissant au doctorat en ingénierie, Samson Okikiola Oparanti a effectué sa soutenance de thèse le 13 novembre 2025. Sous la direction de recherche de Issouf Fofana et la codirection de Reza Jafari, sa thèse a pour titre « Huile de canola améliorée par des additifs écologiques pour l’isolation des transformateurs en climat froid ».
Sous la présidence de Stephan Brettschneider (UQAC), le jury d’évaluation était composé de Fethi Meghnefi (UQAC) et de Esperanza Mariela Rodriguez Celis (Hydro-Québec)
Résumé de la thèse
Les transformateurs jouent un rôle central dans la production et la distribution d’électricité, reposant largement sur des systèmes remplis d’huile pour l’isolation et le refroidissement. Traditionnellement, les huiles minérales ont été utilisées en raison de leurs excellentes propriétés diélectriques, de leur haute stabilité thermique et de leur fiabilité. Cependant, ces huiles d’origine fossile sont non biodégradables et présentent des risques environnementaux importants en cas de fuite. Au cours des dernières décennies, les liquides isolants à base d’esters naturels, dérivés d’huiles végétales telles que l’huile de canola, ont émergé comme des alternatives respectueuses de l’environnement, offrant biodégradabilité, haute sécurité incendie et compatibilité avec les isolations à base de cellulose.
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Malgré ces avantages, leur adoption dans les applications de transformateurs reste limitée en raison de défis tels qu’une faible stabilité thermo-oxydative, une faible résistance à l’ionisation, des pertes diélectriques élevées, de mauvaises propriétés d’écoulement à basse température et des données de performance à long terme limitées.
Cette thèse présente une étude complète sur les stratégies d’amélioration des performances et de la fiabilité des liquides isolants à base d’esters naturels, en mettant l’accent sur la stabilité à l’oxydation, les performances diélectriques et le comportement à basse température. L’huile de canola et ses mélanges avec des esters méthyliques dérivés de l’huile de palmiste ont été évalués afin d’atteindre une viscosité optimale et une résistance à l’oxydation améliorée. Des études expérimentales, guidées par les normes ASTM, ont examiné des paramètres clés tels que l’acidité, la viscosité, le facteur de dissipation diélectrique, la conductivité AC et la tension de claquage. Des techniques d’optimisation, telles que l’analyse relationnelle Taguchi-Grey, ont été utilisées pour déterminer les concentrations les plus efficaces d’antioxydants et d’additifs abaisseurs de point de fusion. Les antioxydants, tels que le Tert-butylhydroquinone (TBHQ) et le 2,6-Di-tert-butyl-4-méthyl-phénol (BHT), ont montré une amélioration significative de la stabilité à l’oxydation à une concentration de 0,25 % en poids, réduisant le taux d’augmentation de l’acidité et limitant la détérioration de la viscosité et des propriétés diélectriques sous contrainte thermique.
En outre, des approches basées sur la nanotechnologie ont été explorées pour renforcer davantage les performances diélectriques et thermiques des esters naturels. Des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) et de dioxyde de silicium (SiO2), de tailles comprises entre 5 et 30 nm, ont été dispersées dans l’ester de base à l’aide de surfactants (Span 80 et Polysorbate 80) pour assurer une stabilité colloïdale à long terme. La caractérisation des nanofluides a révélé que les formulations à base de TiO2, en particulier avec des particules ultra-fines de 5 nm à 0,2 % en poids, offraient une stabilité thermo-oxydative supérieure, des augmentations plus faibles de viscosité et d’acidité, et une tension de claquage AC améliorée, atteignant 72,4 kV contre 57 kV pour l’huile de base non modifiée. L’ajout de surfactants a permis des dispersions stables sur de longues périodes, démontrant la faisabilité de produire des nanofluides à base d’esters durables et performants, adaptés à l’isolation des transformateurs.
De plus, la compatibilité des liquides synthétisés avec l’isolation en cellulose a été confirmée par spectroscopie diélectrique et analyse par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), indiquant une dégradation négligeable du papier imprégné lors du vieillissement thermique. Les résultats de cette recherche mettent en évidence le potentiel des liquides isolants à base d’esters naturels, tant sous forme d’huiles pures que de formulations améliorées par nanoparticules, comme alternatives durables et performantes aux huiles minérales conventionnelles. Ces résultats fournissent des orientations pour le développement de transformateurs verts capables de fonctionner dans des conditions thermiques extrêmes et subpolaires, tout en maintenant l’intégrité diélectrique, prolongeant la durée de vie et contribuant à la durabilité environnementale des systèmes électriques.
Dans l’ensemble, ce travail démontre que, grâce à une sélection rigoureuse des huiles de base, à l’optimisation des formulations d’antioxydants et d’additifs, et à l’amélioration par nanoparticules, les esters naturels peuvent atteindre des niveaux de performance proches ou supérieurs à ceux des huiles minérales traditionnelles, soutenant ainsi la transition vers des technologies de transformateurs respectueuses de l’environnement.
Félicitations à Samson Okikiola Oparanti pour la soutenance de sa thèse de doctorat.
