Comprendre la tension de claquage des isolants et la rigidité diélectrique

Les électrons dans les matériaux isolants sont fortement liés, ce qui en fait d'excellentes barrières au flux d'électrons libres. Pourtant, même les meilleurs diélectriques ne peuvent pas supporter une tension illimitée. Quand un champ électrique suffisant est appliqué, tout isolant finit par subir un claquage, laissant passer le courant.

Contrairement aux conducteurs, où le courant augmente linéairement avec la tension pour une résistance donnée, la relation courant-tension dans les isolants est hautement non-linéaire. En dessous d'un seuil critique — connu sous le nom de tension de claquage ou rigidité diélectrique — presque aucun courant ne circule. Dépasser ce seuil déclenche une montée rapide du courant.

La rigidité diélectrique est la tension requise pour forcer le courant à travers un matériau isolant, le « brisant » effectivement. Après le claquage, la structure moléculaire du matériau peut être altérée, et l'isolant pourrait ne plus conserver ses propriétés d'origine. Typiquement, une perforation localisée se forme au site du passage du courant.

L'épaisseur du matériau influence la tension de claquage. Bien que la rigidité diélectrique spécifique soit souvent exprimée en volts par mil (1/1000 pouce) ou kilovolts par pouce, la relation n'est pas strictement linéaire : tripler l'épaisseur donne légèrement moins que le triple de la rigidité diélectrique. Pour des estimations approximatives, l'utilisation de la tension par épaisseur reste acceptable.

* Matériaux listés sont spécialement préparés pour usage électrique.

Points clés à retenir

• Une tension suffisamment élevée peut libérer les électrons des isolants, forçant le passage du courant.
• La tension minimale requise pour « casser » un isolant est appelée tension de claquage ou rigidité diélectrique.
• L'augmentation de l'épaisseur augmente la tension de claquage, toutes choses égales par ailleurs.
• La rigidité diélectrique s'exprime généralement en volts par mil ou kilovolts par pouce.

Fiches d'exercices associées

• Fiche : Conducteurs et isolants