Dans les réseaux électriques moyenne tension, les disjoncteurs à vide permettent de couper le courant en cas de défaut, sans recourir au gaz SF₆, fortement émetteur de gaz à effet de serre. « Le vide a une propriété très intéressante : c’est un excellent isolant. Mais au moment de la coupure, un arc électrique se forme entre les contacts, provoquant localement leur fusion. Les matériaux doivent résister à des contraintes extrêmes », explique Lucas Varoto.
Pour répondre à ces exigences, les contacts sont généralement fabriqués à partir d’alliages cuivre-chrome. Leur performance dépend étroitement de leur microstructure, encore peu documentée. Lucas Varoto a d’abord comparé différents matériaux industriels, produits selon des procédés conventionnels. Il a utilisé une méthode de caractérisation avancée combinant tomographie aux rayons X et machine learning, notamment en collaboration avec l’ESRF. « Nous avons mis en place un protocole complet pour analyser en 3D les microstructures, ce qui n’avait encore jamais été fait sur ces alliages. » Cette analyse a révélé le rôle critique des interfaces Cu/Cr dans les mécanismes de conduction et de résistance mécanique.
Dans la seconde partie de sa thèse, Lucas Varoto s’est tourné vers la fabrication additive par faisceau d’électrons, une approche encore peu explorée pour les alliages Cu-Cr. « Ces alliages sont immiscibles à l’état liquide, un peu comme l’huile et l’eau. Mais en contrôlant finement la solidification rapide propre à la fabrication additive, on peut influencer la morphologie des phases et améliorer les propriétés du matériau. »
Les résultats sont prometteurs : les nouveaux matériaux présentent des performances mécaniques, électriques et thermiques supérieures à celles des références industrielles. « On ouvre la voie à des contacts plus performants, plus efficaces, et à des géométries complexes adaptées à chaque application », souligne-t-il.
Aujourd’hui en post-doctorat à l’Institut Max Planck (Allemagne), Lucas Varoto élargit ses compétences vers la conception d’alliages durables, en intégrant les enjeux environnementaux liés à l’extraction et au recyclage des métaux. Pour lui, ce prix de thèse constitue une reconnaissance importante : « Il valorise non seulement mes résultats scientifiques, mais aussi la rigueur de ma démarche et le soutien d’un environnement de recherche très stimulant, au SIMaP et chez Schneider Electric. »
*CNRS / UGA / Grenoble INP - UGA
