Caractérisation d'un plasma d'arc à la pression atmosphérique au voisinage de l'anode

par Moez Bouaziz

Thèse de doctorat en Génie des procédés. Plasmas

Sous la direction de Manitra Razafinimanana.

Soutenue en 1996

à Toulouse 3 .

mots clés

• Arc électrique
• Plasmas, Dynamique des
• Décharges électriques dans les gaz
• Anodes -- Érosion

Résumé

Le travail developpe dans le cadre de cette these a surtout ete consacre a la caracterisation d'un plasma d'arc a la pression atmospherique au voisinage de l'anode. Pour cela nous avons etudie deux configurations d'arc, la premiere est un arc brulant dans l'hexafluorure de soufre sf#6 compose d'une partie stabilisee par paroi ou a ete etudie le plasma de sf#6 pur, et une partie libre comprenant une anode en cuivre. L'erosion de cette anode a permis l'obtention d'un plasma forme de melange sf#6-cuivre. L'objectif de cette etude etait de mesurer les champs de temperature et de concentration par spectroscopie d'emission afin de les comparer aux predictions obtenues a partir d'un modele elabore dans notre equipe. Les resultats ont montre que l'influence des vapeurs sur les champs de temperature d'un arc brulant dans le sf#6 n'est sensible que si la proportion de cette vapeur est superieure a quelques %. La deuxieme etude a ete realisee a l'aide d'un arc transfere brulant dans l'argon. Les motivations etaient de connaitre dans un premier temps l'influence du materiau de l'anode sur l'accrochage de l'arc et dans un deuxieme temps l'influence des vapeurs metalliques issues de l'erosion de l'anode sur les proprietes de l'arc. Pour cela, trois types d'anode ont ete etudies: cuivre, fer et acier pour des conditions de fonctionnement identiques de l'arc. Les resultats ont montre que d'une part les valeurs de temperature sont plus elevees avec une anode en cuivre qu'avec une anode en fer ou encore en acier. D'autre part, la presence d'une proportion de vapeurs metalliques de l'ordre de 0. 1% entraine un abaissement de temperature de l'ordre de 2000k. Ce refroidissement du plasma est plus marque en presence des vapeurs de fer qu'en presence du cuivre. La determination de la temperature est souvent couplee avec l'hypothese de l'equilibre thermodynamique local (etl). Cependant dans les regions externes de l'arc, cette hypothese risque de ne pas etre realisee. Nous avons donc developpe une etude originale sur les ecarts a l'equilibre pres de l'anode dans l'argon pur et dans le melange argon-cuivre. La technique utilisee consiste a creer une interruption tres rapide de l'arc et enregistrer l'evolution transitoire de l'intensite totale d'une raie. Les mesures a l'extinction ont ete realisees pour plusieurs intensites de courant. Les resultats obtenus ont pu mettre en evidence deux types de comportement des intensites de raies qui peuvent etre interpretes en terme d'equilibre de saha pour les raies d'argon et d'equilibre de boltzmann pour les raies de cuivre. Enfin, nous avons aborde l'etude de l'absorption du rayonnement emis par un arc par le gaz froid qui l'entoure. Pour cela, nous avons mis au point une procedure experimentale permettant de mesurer la part du rayonnement emis par un arc stabilise par paroi brulant dans le sf#6 et absorbe par du sf#6 froid. Les resultats essentiels ont montre que pour une temperature superieure a 10000k, plus de 50% du rayonnement emis par l'arc est absorbe par le sf#6 froid qui l'entoure

Titre traduit

Characterisation of an arc plasma at atmospheric pressure in the anode region

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