Analyse quantitative d'un plasma d'air subsonique simulant la rentrée atmosphérique terrestre

par Damien Studer

Thèse de doctorat en Physique. Énergétique

Sous la direction de Pierre Vervisch.

Soutenue en 2008

à Rouen .

mots clés

• Icp
• Entrée atmosphérique
• Déséquilibre chimique
• Déséquilibre thermique
• Lif
• Diffusion Raman
• Raman, Effet
• Jets de plasma -- Analyse quantitative (chimie)
• Plasmas (gaz ionisés)
• Spectroscopie d'émission

Résumé

Au cours de ce travail de thèse, un jet de plasma d’air subsonique crée par une torche ICP en configuration de jet libre et de couche limite de plaque plane a été étudié au moyen de diagnostics optiques. Les espèces moléculaires majoritaires ont été sondées sur leurs états fondamentaux via les méthodes de diffusion Raman spontanée - pour N2 et O2 - et de fluorescence induite par laser large-bande à 248 nm - pour NO. En outre, l’état excité (A2 ∑+) de cette dernière molécule a fait l’objet de mesures par spectroscopie d’émission. La détermination des températures de vibration et de rotation ainsi que de la densité a été effectuée par comparaison des spectres expérimentaux avec des spectres théoriques élaborés durant cette thèse. Toutes ces techniques ont clairement mis en évidence un déséquilibre entre les températures de vibration et de rotation dans le jet libre et dans la couche limite de plaque plane. Cependant, les diagnostics laser fournissent une température cinétique – identifiée à la température de rotation - bien inférieure aux valeurs usuelles trouvées par spectroscopie d’émission. D’autre part, au centre du jet, les densités des états fondamentaux sont très proches de l’équilibre chimique à la température cinétique de l’écoulement. Par contre, la densité des états excités est très supérieure - de plusieurs ordres de grandeurs. Il apparaît ainsi qu’un code d’écoulement ne permet pas d’estimer le rayonnement d’un plasma d’air hors-équilibre. En ce qui concerne la plaque plane, on observe que l’équilibre se conserve sur N2. Au contraire, la densité de NO augmente très nettement en proche paroi. Ce phénomène peut s’expliquer directement par la catalycité sur la paroi ou par les mécanismes d’échange dans l’air en proche paroi en supposant que de l’oxygène moléculaire est produit par catalyse hétérogène.

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