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Le risque de points chauds sur des conducteurs souples ou fils chauffants automobile

Qu'est ce qu'un point chaud?

Un point chaud d’une structure conductrice ou chauffante est un point où un échauffement anormal est constaté par rapport au reste de la structure.

point chaud

Quels sont les risques?

Le risque d’un point chaud, au-delà de la perte de fonctionnalité du textile, est surtout l’incendie. Celui-ci est très souvent créé par l’inflammation des matériaux en contact avec le point où la température est anormalement élevée.

Comment se créé un point chaud ?

Revenons à des notions simples d’électricité.

Imaginons le fil résistif suivant: 10Ω/m

I = U/R I=12/10 = 1,2A

P=UI =12*1,2=14,4W

La puissance dissipée au cm de fil sera donc de 0,144 Watts. Nous pouvons donc calculer le taux de charge : (Watt/cm²):

0,144 / (0,138x π)= 0,33 Watt /cm²

Remarque : par souci de clarté, nous simplifions fortement le propos. En effet le taux de charge est dépendant de la surface d'échange avec l'environnement: dans le cas d'un fil multifilamentaire, il conviendrait de calculer la surface d'échange équivalente qui se situerait entre la surface totale externe développée et la surface du cylindre correspondant au monofil équivalent (mécanique des fluides au contact d'une surface irrégulière).

La partie de fil endommagée correspondrait à un conducteur beaucoup plus fin, disons de 1/10éme de sa surface, mais de très petite longueur (ex: 1mm).

point chaud
    Revenons à notre notion de taux de charge *(puissance dissipée par cm²):

    Dans la zone 1 : P1 = 9,99*(1,19)² = 14,15 Watt soit (14,15/99,9)/0,44 = 0,32 Watt/cm².

    Dans la zone 2 : P2 = 0,10*(1,19 )² = 0,14 Watt, soit (0,14/0,1)/0,44 = 3,19 Watt/cm².

    Avec des alliages hautes températures, (inox , Kanthal etc…) il est communément admis qu’un taux de charge ne doit pas dépasser 2 à 2,5. Or, dans le cas du cuivre, ou encore pire de l’aluminium, les points de fusions sont encore plus bas! On comprend donc mieux que, même en très bas voltage, nous puissions avoir un échauffement local très important, qui va lui même dégrader rapidement la résistance mécanique du métal, fragilisant encore plus le point faible. D’où une augmentation de température jusqu’à l’incendie ou la rupture complète.

Solutions possible avec les fils THERMOTECH

Le fil Thermotech (EX celui de 14Ohms comprenant plus de 50 micro-filaments d\'alliage inoxydable), a une excellente résistance fatigue. Son exceptionnelle souplesse permet d'optimiser le placement et donc l\'apport d\'énergie aux points précis où elle est nécesssaire

Exemple d'utilisation en technologie de chauffage industriel

Avec une tension appliqué de 24V, à température ambiante, nous avons un ampérage de 1.7A. Nous pouvons obtenir, de façon tout à fait fiable, un échauffement stabilisé à +250°C

Dans ce cas la puissance dissipée est: 24x1.7 = 40,8W soit:

40,8/100/0.06xπ = 2.16 W/cm². Section équivalente efficace de 0.06mm²

Le fil, grâce à la qualité de son alliage, supporte ces températures tout en conservant une remarquable résistance fatigue au sein de la structure composite

  • Dans le cas de collecte ou transfert localisé de chaleur (conductivité court terme) nous préconisons l'utilisation, en association avec les Thermotech, de filés de fibres discontinues (notre famille Spuntech

  • Dans le cas d'apport ou transfert d'énergie, nous vous recommandons la famille des fils Conductib

Exemples d'erreurs pouvant mener à de graves risques de points chauds et d'incendie pour un siège chauffant automobile

Dans certains cas, la résistance mécanique des fils très conducteurs à base de cuivre doit être augmentée.

Pour cela l'association du conducteur de cuivre avec un ou plusieurs fils ultra fins d'acier inoxydable, de 35 à 100 microns par exemple, est envisagée.

Quelles seraient les conséquences en applications réelles de siège chauffants automobile?

  • Bien entendu, la résistance mécanique du fil complexe sera grandement améliorée.
  • Dans un premier temps le produit fonctionnera parfaitement. Mais au fur et à mesure du temps, les efforts de flexion répétés sur la structure du siège lors des entrées et sorties du conducteur, vont fragiliser par endroit le conducteur en cuivre.
  • Cet effet de fatigue sera d'autant plus renforcé que le fil de cuivre sera cisaillé au contact du fil ultra fin d'inox, qui est lui beaucoup plus rigide et solide.
  • Par conséquent, il y aura amorce de rupture et toute l'intensité circulant dans le fil sera localement concentrée sur une toute petite section du fil semi résistif d'inox. Cela créera bien entendu une forte élévation de température au point de faiblesse, accélérant encore plus la rupture du conducteur de cuivre. Le fil ultra fin d'inox deviendra incandescent et, au contact des autres matériaux textiles proches, l'incendie de la voiture deviendra pratiquement inéluctable!

Mais attention aux approches trop intuitives !

Par exemple, un conducteur multi-brins de cuivre, ou cuivre étamé, peut souvent être jugé trop peu résistant mécaniquement ou aux effets de fatigue.

Un retordage avec un mono-fil d'inox pourrait paraître judicieux pour le renforcer, mais ce serait une solution très dangereuse!

Pourquoi?

Si il y a rupture à terme de certains torons de cuivre par exemple suite aux effets d'oxydation, de fatigue ou à la coupure par l'effet de cisaillement du cuivre sur le fil d''inox, le fil plus résistif va créer un échauffement local à l'endroit même où le conducteur est fragilisé.

Si l'amorce de coupure est sur une très petite distance. (microfissure) le filament peut aller jusqu'à rougir, faire fondre le reste des fils de cuivre, avant de devenir ensuite incandescent! (Le tout en 12 volts!) L’incendie est pratiquement garanti!

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