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Gouriou, Tristan. Etude de l'impulsion électromagnétique et du plasma issus de la décharge de matériaux diélectriques soumis à une irradiation d'électrons

Gouriou, Tristan (2019). Etude de l'impulsion électromagnétique et du plasma issus de la décharge de matériaux diélectriques soumis à une irradiation d'électrons.

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Résumé en francais

Dans l'espace, les matériaux diélectriques constitutifs des satellites sont susceptibles d'être exposé à des flux énergétiques de particules générés dans l'environnement terrestre à partir des rayonnements solaire et cosmique. Une des conséquences de cette exposition est l'apparition de décharges électrostatiques (ESD) qui naissent lorsque des électrons énergétiques pénètrent en profondeur dans des matériaux de faibles conductivités comme les polymères. Ces particules piégées sont responsables d'une élévation importante du champ électrique interne pouvant conduire à une rupture diélectrique du matériau suivi d'une évacuation des charges et de la formation d'un plasma qui s'étend dans le vide. L'impulsion électromagnétique intense qui en découle peut se coupler aux éléments d'interconnexion (pistes de circuit imprimé ou liaison filaire) et propager des signaux qui représentent une menace sérieuse pour l'ensemble du satellite. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre ces phénomènes de ruptures et de caractériser le plasma et l'impulsion électromagnétique générée. Les travaux de recherche comportent une partie expérimentale où les décharges sont reproduites au moyen d'un accélérateur linéaire d'électrons de 6 MeV irradiant différents polymères (polyéthylène, polytétrafluoroéthylène et polyméthacrylate de méthyle) dans une cavité sous vide. Les courants électriques induits et les champs électromagnétiques rayonnés sont quantifiés respectivement au moyen d'une pince de courant et de sondes de champs couvrant une bande spectrale allant jusqu'à 6 GHz. Les caractéristiques du plasma sont étudiées par absorption d'un signal radiofréquence injecté dans la cavité par un générateur de bruit blanc. Il a notamment été montré que la durée de vie du plasma s'étend jusqu'à la dizaine de microsecondes alors que les phénomènes électriques et électromagnétiques ne durent que quelques centaines de nanosecondes. Les résultats expérimentaux obtenus ont été confrontés aux résultats issus du code 3D de résolution des équations de Maxwell (code Sophie) développé au CEA. Les mesures du champ électromagnétique rayonné dans la cavité ont pu être restituées en injectant des profils spatio-temporels de densité de courant modélisant la rupture diélectrique du matériau. Le temps de montée de la décharge a pu être quantifié à une centaine de picosecondes. Les mesures d'absorption des signaux radiofréquences ont pu être restituées en modélisant l'expansion du plasma dans la cavité à l'aide de coquilles concentriques de conductivité variable. La vitesse d'expansion du plasma dans le vide a pu être établie à 105 m/s et la conductivité sur les premiers millimètres de l'expansion de l'ordre de la dizaine de S/m. Enfin, un modèle collisionnel-radiatif et un modèle simplifié de l'évolution spatio-temporel du plasma ont permis de faire le lien entre la densité de courant, la conductivité du plasma injectés dans le code Sophie et la densité et température du plasma.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Ribière, Maxime
Yousfi, Mohammed
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Décharge électrostatique - Claquage - Diélectrique - Diagnostiques électromagnétiques - Cavité résonnante - Impulsion électromagnétique - Conductivité plasma - Calcul Monte-Carlo - Calcul 3D-Maxwell - Modèle plasma 0D
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :13 Mar 2020 10:31