Etude theorique et experimentale des processus hydrodynamiques d'une decharge electrique dans un dielectrique liquide. Application a l'electro-erosion

A theoretical and experimental study of the hydrodynamic process of an electrical discharge in dielectric liquid

• Auteur / Autrice : Claude Lhiaubet
• Direction : Gérard Fournet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

Une decharge electrique dans un dielectrique liquide entre deux electrodes, provoque un enlevement de matiere sur ces dernieres, de plusieurs centaines de fois superieur a celui que la meme decharge produirait dans l'air. Bien que ce phenomene ait donne lieu depuis plusieurs decennies a une interessante application industrielle qui est l'usinage par electro-erosion, les taux eleves d'enlevement de matiere auxquels on assiste ne sont pas encore totalement expliques, tant les phenomenes mis en jeu et leurs interactions sont complexes. De nombreux travaux ont ete developpes pour modeliser les phenomenes d'echanges de chaleur entre les extremites de la colonne de plasma, appelees regions anodique et cathodique, et les electrodes. Or, il apparait que les modeles thermiques les plus sophistiques meme s'ils prennent en compte les changements d'etat du metal, l'aspect transitoire du phenomene, l'eventuelle mobilite des sources de chaleur, ne parviennent pas a rendre totalement compte de tels taux d'enlevement de matiere. L'essentiel du travail developpe dans le cadre de cette these, a consiste a mettre en evidence l'importance des phenomenes hydrodynamiques engendres par une decharge dans un dielectrique liquide, et leur influence sur l'enlevement de matiere aux electrodes. Des experiences, ou l'on s'est applique a faire varier la pression hydrostatique du dielectrique, ont montre l'influence de ce parametre sur l'enlevement de matiere, notamment dans le cas d'electrodes a faible diffusivite thermique. Un montage de photographie ultra-rapide a permis de visualiser l'evolution, autour de la colonne de plasma, de la cavite engendree par la decharge. Partant de la, nous avons elabore un modele hydrodynamique de la cavite prenant en compte la compressibilite du liquide, ceci afin de connaitre l'evolution de la pression interne. Les calculs ont montre que la pression qui peut prendre des valeurs atteignant plusieurs centaines de bars, immediatement apres le claquage, decroit ensuite tres rapidement pour chuter jusqu'a des valeurs tres inferieures a la pression hydrostatique du dielectrique a l'instant ou elle atteint le maximum de son expansion. Ensuite, nous avons montre le principe du couplage du modele hydrodynamique avec un modele thermique prenant en compte les changements d'etat. Le calcul de la masse evaporee tient compte ainsi de l'evolution de la pression interne de la cavite en fonction du temps. Les resultats indiquent que la cinetique d'evaporation du metal peut etre acceleree ou freinee selon l'evolution de la cavite et de sa pression interne, notamment quand la pression hydrostatique varie. Ils permettent egalement d'expliquer pourquoi, toutes choses egales par ailleurs, les pertes sont plus elevees lorsqu'une decharge est produite dans un liquide que dans l'air. Pour finir, les resultats d'une experience ayant pour objet de realiser des decharges dans un champ de pression variable, confirment notre point de vue et laisse envisager une application industrielle interessante