Etude de micro-plasmas créés par microondes à pression atmosphérique

par José Henrique Ramalho Gregório

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Luís Lemos Alves et de Caroline Laporte.

Soutenue en 2010

à l'Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) en cotutelle avec l'Universidade Técnica de Lisboa .


  • Résumé

    Ce travail présente l'étude de trois résonateurs linéaires qui utilisent une excitation microonde continue (à 2. 45 GHz) pour produire des micro-plasmas stables dans l'air, l'hélium et l'argon, à la pression atmosphérique. Les décharges sont produites et maintenues dans une fente de 50 - 200 μm délimitée par deux électrodes métalliques placées à l'extrémité ouverte d'une ligne de transmission de type micro-ruban. Une attention particulière est portée à la conception et à l'optimisation des sources (en termes de réglage de la fréquence et du couplage de la puissance), suivant une approche complémentaire basée sur des simulations et des expériences. Des diagnostiques de spectroscopie optique d'émission sont utilisés pour obtenir les températures de rotation, de vibration et d'excitation du gaz, ainsi que la densité électronique du plasma. Une analyse d'imagerie est utilisée pour mesurer le volume du plasma et ainsi déduire sa densité de puissance couplée. La modélisation des micro-plasmas dans l'argon a été menée via un code hybride 1D auto-cohérent et stationnaire qui résout les équations de transport du type fluide pour les particules chargées, les espèces excitées et l'énergie moyenne des électrons et du gaz neutre, couplées à l'équation cinétique de Boltzmann pour les électrons. Un algorithme rapide quasi-implicite de relaxation temporelle a été mis au point pour résoudre numériquement les équations du plasma.

  • Titre traduit

    Study of micro-plasmas produced by microwaves at atmospheric pressure


  • Résumé

    This work studies three linear resonator sources, which use a continuous microwave (2. 45 GHz frequency) excitation to produce stable micro-plasmas in air, helium and argon, at atmospheric pressure. The discharges are produced and sustained within the 50 - 200 μm gap created between two metal electrodes, placed at the open-end of a microstrip-like transmission line. Particular attention is given to the design and optimization of the sources (in terms of frequency tuning and power coupling), following a complementary approach based on simulations and experiments. Optical emission spectroscopy diagnostics allow deducing the rotational, the vibrational and the excitation gas temperatures, in addition to the electron density. An imagery analysis is used to measure the plasma volume and to deduce its coupled power density. Modeling involves a 1D self-consistent stationary hybrid code for Ar micro-plasmas, which solves the fluid-type transport equations for the charged particles, the excited species, and the mean energy with the electrons and the neutral gas, coupled to the kinetic electron Boltzmann equation. The work features a fast time-relaxation quasi-implicit algorithm, for the numerical solution to the plasma equations.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (XV-165 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 141-165

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)216
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.