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Lin, Xi. Study of memory effect in an atmospheric pressure Townsend discharge in the mixture N2/O2 using laser induced fluorescence

Lin, Xi (2019). Study of memory effect in an atmospheric pressure Townsend discharge in the mixture N2/O2 using laser induced fluorescence.

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Résumé en francais

La décharge contrôlée par barrière diélectrique est un type de décharge hors-équilibre, fonctionnant à la pression atmosphérique. Normalement, elle est générée en état filamentaire qui se caractérise par une multitude de micro-décharges. Par contre, dans certaines conditions, nous pouvons obtenir une décharge homogène. Par exemple, dans notre étude, une décharge homogène est obtenue en atmosphère principale d'azote à la pression atmosphérique et comme ses caractéristiques électriques sont similaires à celles d'une décharge sombre de Townsend à basse pression, elle est appelée décharge de Townsend à la pression atmosphérique (DTPA). Pour maintenir un claquage de Townsend, un effet mémoire entre deux décharges est nécessaire. Cet effet mémoire conduit à la création d'électrons germes sous faible champ qui, lors de l'inversion de polarité permettent l'obtention d'une décharge homogène. Un marqueur de cet effet mémoire observable par les caractéristiques électriques de la décharge est le saut de courant quand la tension du gaz passe par zéro: plus le saut de courant est grand, plus l'effet mémoire est important. Des études précédentes ont montré l'importance des métastables de l'azote N2(A), qui produisent des électrons par émission secondaire entre deux décharges lors du bombardement des surfaces diélectriques. Néanmoins, nous observons que l'ajout d'une faible quantité de gaz oxydant (ici de l'oxygène) permet d'obtenir une décharge homogène plus stable, malgré la destruction considérable de N2(A) par quenching par des espèces oxydantes. En conséquence, nous proposons un autre processus pour la production des électrons germes en volume, basé sur la réaction d'ionisation associative suivante: N(2P)+O(3P) -->NO++e- où N(2P) est créé par la réaction: N(4S)+N2(A)-->N(2P)+N2(X). Pour vérifier cette hypothèse, nous utilisons la technique de la fluorescence induite par laser (LIF/TALIF), afin de déterminer les densités absolues de N(4S), O(3P) et NO. Les mesures sont faites pour différentes conditions expérimentales pour étudier l'influence du flux de gaz, de la puissance de la décharge et tout particulièrement de la concentration d'oxygène. Avec une augmentation de la concentration en oxygène jusqu'à 200ppm, la densité de N(4S) diminue à cause de sa destruction par les espèces oxydantes. Les densités de O(3P) et NO(X) augmentent puis saturent. Ceci peut être expliqué par le fait que la production de O(3P) et NO(X) est liée à la densité de N2(A). Ainsi pour de faibles concentrations en oxygène, l'ajout d'oxygène favorise la production de O(3P) et NO(X), mais pour des concentrations plus fortes, la destruction de N2(A) par quenching par les espèces oxydantes devient plus importante, limitant ainsi la production de O(3P) et NO(X). Avec les densités de N(4S), O(3P) et NO(X) mesurées expérimentalement, et la densité de N2(A) déterminée par Dilecce et al, la densité de N(2P) entre deux décharges peut être estimée par un modèle simple. Il est alors possible d'estimer la production d'électrons germes par les réactions d'ionisation associative et finalement le saut de courant qui en résulte. Un bon accord est observé entre les évolutions du saut de courant mesuré et calculé, même si des écarts quantitatifs subsistent. En conclusion, l'ionisation associative peut être considérée comme une bonne candidate pour expliquer l'augmentation de la création d'électrons germe entre deux décharges lorsqu'une faible quantité d'oxygène est introduite dans l'azote.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Dap, Simon
Gherardi, Nicolas
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Décharge de Townsend - LIF/TALIF - Effet mémoire - Ionisation associative
Sujets :Physique
Déposé le :09 Oct 2020 10:37