Interactions et transferts énergétiques entre un plasma thermique et un matériau
par Jean Caillard
Thèse de doctorat en Physique
Sous la direction de Charles de Izarra et de Olivier Vallée.
Soutenue en 2001
à Orléans .
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Résumé
Le sujet de cette étude correspond aux besoins en caractérisations du fonctionnement d'un composant électropyrotechnique à plasma utilisé dans le cadre d'un lanceur électrothermique chimique (ETC). L'objectif de la thèse est d'optimiser ces composants plasma. Le travail a consisté dans une première partie à développer un banc capacitif adapté au composant électropyrotechnique (microtorche) et à caractériser la réponse impulsionnelle de l'ensemble banc/torche. L'approche spectroscopique fait l'objet de la deuxième partie de l'étude. Après avoir défini les différentes hypothèses de travail, modèles et dispositifs expérimentaux nécessaires au diagnostic du plasma, nous donnons les températures mesurées expérimentalement pour quatre types de polymères plasmagènes (PE, PA6. 6, PET, POM). Le diagnostic du jet de plasma par spectroscopie a permis de mettre en évidence la forte dépendance des caractéristiques du jet de plasma vis à vis de la nature du matériau ablaté. La spectroscopie a par ailleurs permis de justifier l'hypothèse d'équilibre thermodynamique prise comme hypothèse de base des codes de calculs. La troisième partie traite de l'interaction du plasma avec son voisinage. Dans un premier temps, c'est la notion d'ablation du polymère qui est discutée. Dans un deuxième temps, nous nous intéressons à l'interaction mécanique du jet de plasma en expansion dans l'air. Les vitesses d'éjection sont mesurées et la présence de disques de Mach révélateurs d'un écoulement supersonique mise en évidence. L'exploitation de la perturbation de pression produite par à la décharge électrique très violente a conduit à utiliser le modèle de dépôt ponctuel et instantané d'énergie de Sedov-Taylor préalablement modifié pour tenir compte de la pression initiale du milieu de propagation. Enfin, dans un troisième et dernier temps, une étude par plans d'expériences de l'interaction plasma/poudres est réalisée
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Titre traduit
Thermal plasma : material interactions and energetic transferts
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