Thèse soutenue

Étude expérimentale des paramètres du plasma dans la décharge filamentaire à barrière diélectrique de surface nanoseconde
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Auteur / Autrice : Chenyang Ding
Direction : Svetlana Starikovskaia
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Optique, laser et plasma
Date : Soutenance le 26/05/2021
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
Laboratoire : Laboratoire de physique des plasmas (Palaiseau, Essonne ; 1997-....)
Jury : Président / Présidente : Christophe Laux
Examinateurs / Examinatrices : Svetlana Starikovskaia, Ronny Brandenburg, Thierry Belmonte, Jean-Marc Bauchire, David Pai, Ivan Moralev, Yann Cressault
Rapporteurs / Rapporteuses : Ronny Brandenburg, Thierry Belmonte

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Les décharges de barrière diélectrique de surface nanoseconde (nSDBD) à la pression atmosphérique ont été étudiées de manière approfondie au cours des deux dernières décennies pour le contrôle du débit. Au cours des six dernières années, il a été constaté qu'une transformation sévère d'une décharge de flûte de surface nanoseconde à un seul coup est observée à une pression et / ou une tension de gaz croissantes.La présente thèse est consacrée à l'étude de la transition streamer-filament dans une décharge de barrière nanoseconde de surface haute pression à un seul coup dans des gaz non réactifs (azote, oxygène et leurs mélanges). La revue de la littérature présente une analyse détaillée des décharges de banderoles et des étincelles transitoires de nanosecondes largement étudiées au cours des 4 dernières années.Les résultats sont présentés en trois parties. La première partie montre les paramètres de la transition streamer-filament dans le nSDBD haute pression pour différentes compositions de mélange gazeux. Pour les polarités tant négatives que positives, la transition est fonction de la pression et de l'amplitude de la tension. Pour une polarité positive, l'effet de l'addition d'oxygène moléculaire sur la transition est extrêmement fort. L'influence de différents diélectriques et de différents matériaux d'électrodes sur le début et le développement des filaments est étudiée expérimentalement. Les micro-images de propagation de décharge sur trois configurations d'électrodes à trois étapes différentes - flûte, transition vers filament et régime filamentaire - sont comparées.Dans la deuxième partie, les propriétés du plasma dans les filaments sont étudiées à l'aide des mesures d'énergie, de la spectroscopie d'émission optique (OES) et de la vélocimétrie par image de particules (PIV). Dans le régime de flûte et de transition, les spectres OES contiennent principalement un deuxième système positif d'azote moléculaire tandis que dans le continuum du régime filamentaire (CW) l'émission et quelques raies atomiques sont observées. Les résultats des paramètres de plasma mesurés, à savoir synchronisés en énergie déposée, température électronique et densité électronique, sont inclus. La valeur de l'énergie spécifique déposée dans les filaments est aussi élevée que 6-8 eV / particule; la densité électronique est dans la gamme de 10 à 18-19 puissance par centimètre cube, et la température électronique reste au niveau de 1,5-2 eV dans la quasi-rémanence. Le plasma à ce stade se révèle être proche du LTE, ce qui démontre une décroissance de densité électronique lente (dizaines de nanosecondes) liée à la relaxation de température. Les résultats des mesures sont comparés aux résultats de la modélisation numérique expliquant les principales caractéristiques observées expérimentalement. Dans le modèle, l'ionisation et la dissociation par étapes des états excités électroniquement de l'azote moléculaire entraînent une augmentation rapide de la densité électronique, du degré de dissociation et du chauffage du gaz à 6 bar sur l'échelle de temps de parties de nanosecondes.La troisième partie est consacrée à l'étude détaillée de la transition streamer-filament à la micro-échelle avec une résolution spatiale de 7,6 µm/px. A l'intérieur de chacun canaux, une émission vers l'arrière du deuxième système positif de N2 se propage de la tête «saillie» vers l'électrode haute tension. Des spectres continus, des raies atomiques et une densité électronique élevée apparaissent pour la première fois lorsque l'émission vers l'arrière s'approche de l'électrode haute tension, à environ 500 µm du bord. Les résultats calculés de l'intensité d'émission, de la densité électronique et du champ électrique sont donnés pour étudier l'influence des adjuvants d'oxygène sur la transition.