Arcs électriques sur panneaux solaires de satellite

par Emmanuel Amorim

Thèse de doctorat en Physique des plasmas

Sous la direction de Serge Vacquié.

Soutenue en 2002

à École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007) .

mots clés

• Environnement spatial -- Thèses et écrits académiques
• Décharges électriques -- Thèses et écrits académiques
• Arcs sous vide -- Thèses et écrits académiques
• Spectroscopie d'émission -- Thèses et écrits académiques
• Cathodes -- Thèses et écrits académiques
• Spots cathodiques -- Thèses et écrits académiques
• Générateurs photovoltaïques -- Thèses et écrits académiques
• Satellites artificiels -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Tout au long de leur durée de vie, les satellites sont en interaction constante avec l'environnement spatial. En orbite géostationnaire, les surfaces des satellites sont par exemple chargées par les particules de la magnétosphère, en particulier par les électrons. Récemment, des pertes de puissance ont été constatées sur certains satellites situés en orbite géostationnaire. Ces anomalies ont été corrélées avec des périodes d'environnement chargeant et s'expliqueraient par une décharge électrostatique "primaire" provoquant une "décharge secondaire" destructrice se produisant sur un panneau solaire de satellite. Nous avons réalisé une étude expérimentale où de nouveaux diagnostics spectroscopiques et optiques nous ont permis de déterminer avec certitude la nature de ces décharges et leurs conséquences. Ces caractérisations ont été effectuées sur des échantillons de cellules solaires réelles mais aussi sur des échantillons de laboratoire en cuivre, en zinc ou en argent. Ces deux phénomènes apparemment très différents sont de même nature : ce sont des arcs dans le vide. Ces deux types de décharges possèdent en effet les caractéristiques des arcs sous vide : courant d'arc supérieur à l'ampère, plasma de vapeurs métallique, cratères de métal fondu sur la surface de la cathode prouvant la présence de spots cathodiques. Les conditions d'initiation des arc secondaires ont été déterminées ainsi que l'évolution de leur durée de vie et des dommages en fonction des paramètres du circuit électrique et en fonction des échantillons.

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