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12 octobre 2023

Le LNE lance la 1ère prestation d’étalonnage en ondes impulsionnelles nanosecondes jusqu’à 500 kV

Exploitées dans le domaine militaire depuis une cinquantaine d’années, les hautes puissances pulsées trouvent aujourd’hui de nouvelles applications dans le secteur médical, agroalimentaire, industriel, ou encore de l’énergie.

Illustration équipement de mesure

Alors qu’il n’y avait auparavant aucune métrologie liée à la caractérisation d’impulsions haute tension allant jusqu’à 500 kV, avec des temps de montées allant de quelques centaines de picosecondes jusqu’à une dizaine de nanosecondes, les industriels vont désormais pouvoir bénéficier de la garantie de la traçabilité sur ce type d’impulsions, leur apportant précision, sécurité, ou encore économie d’énergie.

L’utilisation des impulsions haute tension en constante augmentation

Cette technologie peut être employée dans de nombreux secteurs d’activités tels que le secteur militaire, dans le cadre de détection de mines dans le sol tout en évaluant la profondeur à laquelle elles se trouvent.

Les ondes impulsionnelles peuvent aussi être employées pour le brouillage électromagnétique ou pour le lancement de projectiles, leur permettant d’atteindre des vitesses parfois supérieures à celles obtenues avec des méthodes de lancement standard.

Dans le secteur médical, l’application d’impulsions permet de traiter des cancers en rendant les membranes des cellules biologiques poreuses (phénomène d’électroporation) et permettant ainsi d’améliorer l’assimilation de certaines molécules médicamenteuses.

Les impulsions hautes tensions peuvent aussi être utilisées pour scanner les organes d’un patient ou encore faire exploser les couches de protéine qui peuvent s’accrocher aux cellules, par exemple, la protéine Spike dans le cas de virus SARS-Cov-2 du Covid.

Cette technologie très singulière et très précise peut ainsi être déployée dans différents secteurs d’activités, pouvant ainsi limiter l’usage de produits chimiques et faire évoluer les développements industriels.

Dans le secteur agroalimentaire, elle permet notamment d’améliorer la pasteurisation par neutralisation des bactéries et la stérilisation des emballages, tandis que dans le secteur de l’énergie, ces impulsions permettent de générer de puissantes ondes de choc afin de faire exploser les roches et permettre l‘ extraction d’énergie fossile.

Enfin, dans le secteur industriel, les impulsions peuvent être utilisées pour générer les champs magnétiques et ainsi accélérer la vitesse des pièces métalliques à un niveau très élevé, permettant un formage et un soudage de haute précision avec de nombreux avantages par rapport aux processus conventionnels (les processus par impulsions sont rapides, précis, répétables, il n’y a aucun besoin de chauffer les pièces, aucun risque de fissurer ou casser les pièces, pas de corrosion, possibilité de réaliser des pièces très complexes en moins de temps, avec moins d’énergie et à moindre coût).
 

Pourquoi la traçabilité des impulsions haute tension est cruciale pour les secteurs concernés ?

Dans tous ces secteurs, la précision, la sécurité, la maîtrise, mais aussi les aspects économiques et durables tels que le besoin d’économiser de l’énergie, sont clés.

Si les paramètres de l’impulsion, tels que l’amplitude de la tension, le temps de montée et la durée, sont mal maîtrisés, on risque de ne pas localiser une mine enfouie, de mal interpréter des résultats de suivis d’organes ou encore de rendre les processus de l’électroporation inefficaces pour les cellules cancéreuses. Pour les cas les plus extrêmes, un niveau de puissance inadapté envoyé sur une cible peut avoir les effets désastreux. Enfin, la génération d’impulsions requérant de l’énergie, en utiliser plus que nécessaire donne lieu à du gaspillage.

Or, dans ce domaine où les laboratoires de recherche et les entreprises fabriquent elles-mêmes leurs générateurs et dispositifs de mesure, avec des impulsions de plus en plus rapides, l’absence de traçabilité signifie que la précision des mesures effectuées n’est pas assurée.

L’étalonnage des équipements utilisés permet de maîtriser le niveau de tension envoyée ainsi que le temps de montée et la durée de l’impulsion, maîtrisant ainsi la forme d’onde.
 

Le système développé par le LNE

Pour répondre aux problématiques de la traçabilité de mesure au Système International d’unités (SI), autrement dit pour des mesures précises avec des incertitudes connues, et des hautes puissances pulsées dans le domaine nanoseconde et sub-nanoseconde (HPPNS) jusqu’à 500 kV, le LNE a développé le premier système de mesure en la matière.

Le système de mesure HPPNS développé est divisé en quatre composants : le diviseur de tension, la charge de terminaison, les connecteurs haute tension et les cônes de transition.

Le diviseur de tension est le composant central de ce système de mesure car il permet l'analyse des formes d'onde HPPNS à travers un oscilloscope étalonné en abaissant les amplitudes de tension des formes d'onde HPPNS à des niveaux adéquats qui peuvent être mesurés à travers un oscilloscope sans déformation de la forme d'onde.

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