Modélisation bidimensionnelle autocohérente de l'évolution spatio-temporelle des décharges électriques non thermiques millimétriques et submillimétriques

par Manish Jugroot

Thèse de doctorat en Physique et ingénierie des décharges électriques

Sous la direction de Mohammed Yousfi et de BAYLE.

Soutenue en 1997

à Toulouse 3 .

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  • Résumé

    Ce travail de recherche est consacre a la modelisation de la dynamique des particules chargees, du champ electrique et des particules neutres dans les microdecharges generant des plasmas non-thermiques. L'etude des microdecharges (decharges millimetriques ou submillimetriques) est fortement motivee par le champ d'application technologique (microsystemes) et par la complexite inherente des phenomenes physiques observes dus aux specificites de ces decharges de petite taille. En effet, si les particules chargees et la charge d'espace ont un role determinant reconnu, le gaz neutre porteur est souvent assimile a un milieu passif ; or il peut effectivement participer activement dans la cinematique de la decharge, illustre par une synthese bibliographique. Le formalisme hydrodynamique du modele autocoherent est decrit en soulignant clairement le fort couplage existant entre les dynamiques des especes chargees, le champ electrique et les neutres. Le systeme correspondant necessite une resolution par des methodes numeriques multidimensionnelles puissantes aussi bien pour les equations de transport que pour l'equation de poisson. Le desequilibre spatial est ensuite evalue, a l'aide d'une methode particulaire de monte carlo, afin d'analyser la validite de l'approximation du champ local et donc du formalisme hydrodynamique dans les microdecharges. La premiere simulation (non-autocoherente) represente les effets d'une decharge pendant la phase etincelle sur le gaz neutre porteur sous la forme d'une injection d'energie predefinie par des considerations theoriques et experimentales. En effet, afin de dissequer les phenomenes complexes attribues a la fois aux neutres et aux particules chargees, la stabilisation de l'evolution des especes chargees permet de reveler et souligner clairement les effets et les heterogeneites dus aux particules neutres dans des microdecharges recurrentes. La simulation autocoherente d'une decharge submillimetrique dans l'helium a pression atmospherique est ensuite etudiee a partir d'un nuage electronique initial jusqu'au passage a l'etincelle. Les differents processus d'ionisation en volume (ionisation directe, par etapes, penning) ainsi que les effets de surface (emission secondaire a la cathode), entrainant le passage a l'etincelle sont decrits et analyses. Les dernieres simulations sont consacrees a des microdecharges dans un gaz moleculaire. Ainsi, une experience dans une decharge millimetrique dans l'hydrogene, est egalement simulee et notre discussion est mise en etroite correlation avec des resultats experimentaux visant a expliquer les phenomenes complexes observes. Ces derniers sont effectivement confirmes par nos simulations et sont analyses en tenant compte de la superposition des effets de surface et de volume. L'analyse affinee revele une distribution complexe des especes chargees due aux effets conjugues du transport et de l'ionisation qui sont a l'origine d'une constriction clairement perceptible.


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Informations

  • Détails : [5]-189 p

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1997TOU30173
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