Modélisation multidimensionnelle des décharges froides haute pression pour l'application aux dispositifs de dépollution des gaz d'échappement

par Abdelhafid Hamani

Thèse de doctorat en Physique et ingénierie des plasmas de décharge

Sous la direction de Mohammed Yousfi.

Soutenue en 1996

à Toulouse 3 .

mots clés

Résumé

Ces travaux de recherche sont consacres a la modelisation multidimensionnelle du transport des particules chargees dans les decharges hors-equilibre de type filamentaire etablies plus particulierement entre des electrodes generant des champs non-uniformes (fil-cylindre, fil-plan ou pointe-plan) prevues pour l'utilisation dans les dispositifs de depollution des gaz d'echappement. Comme les reactions chimiques de suppression des oxydes toxiques se produisant dans les canaux ionises, le but est donc d'etudier et de bien connaitre la dynamique des particules chargees et la morphologie des canaux ionises. Cette etude est basee sur des modeles de decharge mis au point en geometrie multidimensionnelle qui utilise des techniques numeriques tres performantes aussi bien du point de vue precision que de celui du temps de calcul. Il s'agit de la resolution des equations de transport des particules chargees a l'aide d'une methode des elements finis en geometrie 1d et 2d et du calcul du champ electrique domine par la charge d'espace a l'aide d'une methode tres puissante utilisant une technique de transformee de fourier rapide couplee a un algorithme des differences finies a double balayage. Dans le cas d'un modele 1,5 d (transport en 1d et champ en 2d) ou le rayon de la decharge doit etre connu a priori, on montre qu'un rayon evolutif est le choix qui permet d'obtenir les resultats les plus satisfaisants. On montre aussi l'influence sur la formation et la propagation de l'onde d'ionisation, de l'utilisation de parametres de transport mal evalues comme ceux issus des relations analytiques donnees dans la litterature ou ceux determines a la temperature ambiante (300k) differente de celle du gaz etudie dans son dispositif de depollution (500k). Les consequences sur la vitesse de propagation des ondes d'ionisation et sur l'estimation du champ electrique sont presentees dans des decharges dans l'azote moleculaire et l'air. Dans ce dernier gaz on montre que l'efficacite de l'attachement dissociatif de o#2 est tres affectee lorsque la temperature du gaz augmente. Puis, on analyse les processus a l'origine de la propagation des ondes d'ionisation et plus particulierement les processus de photoionisation dans le cas du dard cathodique. On montre dans le cas d'une decharge dans l'azote moleculaire que les photons emis par la serie de hopfield par recombinaison radiative, sont les seuls a etre suffisamment energetiques pour ioniser le gaz devant le front de l'onde pour lui permettre d'avancer. Ensuite a partir du modele 2d, on analyse la morphologie et la structure spatio-temporelle des ondes d'ionisation. L'aspect filiforme de la decharge est discute en terme d'ecrantage cause par la composante du champ electrique perpendiculaire a la direction de propagation

Titre traduit

Multidimensionnal modelling of high pressure non thermal discharges for application to escape gas pollution control devices

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