Contribution au calcul des propriétés de transport des plasmas thermiques hors déquilibre en prenant en compte le couplage électrons-particules lourdes : Applications à l'argon et au mélange Ar-H2

par Vincent Rat

Thèse de doctorat en Sciences des Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Sous la direction de Jacques Aubreton.

Soutenue en 2001

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Conservation de la masse
• Méthode de Chapman-Enskog
• Collisions (physique)
• Plasmas hors d'équilibre
• Transport, Théorie du

Résumé

Ce mémoire est consacré au calcul des propriétés de transport dans des plasmas thermiques hors d'équilibre, pour lesquels la température cinétique des électrons est différente de celles des espèces lourdes, en maintenant un couplage électrons-particules lourdes, l'équilibre chimique est supposé établi. Des applications à l'argon pur et au mélange Ar-H2 sont présentées. Dans un premier temps, nous montrons que la théorie simplifiée des coefficients de transport, qui suppose la séparation entre électrons et espèces lourdes et qui est très souvent utilisée dans les modélisations hors d'équilibre, ne permet pas de vérifier la loi de conservation de la masse dans le mélange. Par conséquent, il est nécessaire de dériver une théorie des propriétés de transport, en abandonnant les hypothèses de la théorie simplifiée, dans les plasmas thermiques hors d'équilibre thermique. Nous ne considérons que les collisions élastiques. La méthode de Chapman-Enskog permet de résoudre l'équation de Boltzmann tout en gardant le couplage entre électrons et espèces lourdes. Ainsi, les coefficients de diffusion ordinaire, thermique, ambipolaire, et combinés ainsi que les conductivités électrique et thermique (de translation, de réaction) sont dérivés. Nous mettons également en évidence des coefficients de transport dus au déséquilibre thermique. L'application à l'argon pur permet de montrer que le déséquilibre thermique n'a pas d'influence sur la convergence des coefficients de transport. De plus, la comparaison avec les résultats de la théorie simplifiée montre d'importants écarts pour les conductivités électrique et de translation des électrons. L'application au mélange Ar-H2 montre que la conservation de la masse est maintenant satisfaite. De plus, nous mettons en évidence l'influence de la méthode de calcul de la composition du plasma hors d'équilibre thermique sur les coefficients de transport.

Titre traduit

Contribution to the calculation of transport properties in thermal plasmas out of thermal equilibrium taking into account the coupling between electrons and heavy species : Applications to argon and Ar-H2 mixture

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