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Kassir, Abdel Majid. Spectres radiatifs de plasmas d'air, N2, Ar-N2-H2 à l'équilibre et en déséquilibre thermique : étude théorique et caractérisation d'une décharge micro-ondes

Kassir, Abdel Majid (2020). Spectres radiatifs de plasmas d'air, N2, Ar-N2-H2 à l'équilibre et en déséquilibre thermique : étude théorique et caractérisation d'une décharge micro-ondes.

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Résumé en francais

Le rayonnement émis par les plasmas joue un rôle important dans de nombreuses applications allant du traitement de surfaces aux sciences de l'aérospatial. Dans le cas d'un milieu constitué d'atomes et de molécules tel un plasma, l'analyse de l'émission spectrale de ces espèces permet notamment de remonter à des grandeurs caractéristiques telles que la température et les densités des espèces dans le milieu. Cette étude propose de caractériser un plasma à l'équilibre et faiblement hors-équilibre à travers son rayonnement. Pour ce faire, un code de simulation de spectres radiatifs a été développé afin d'étudier le rayonnement de ces plasmas en fonction de la (des) température(s) caractéristique(s) du milieu et un dispositif expérimental d'une torche micro-ondes permettant de générer un plasma en faible déséquilibre thermique a été mis en place et la décharge a été caractérisée par spectroscopie optique d'émission. La première partie de ce travail situe le contexte scientifique de cette étude par rapport à l'existant et au projet scientifique de l'équipe. Les lois physiques qui régissent les plasmas à l'équilibre et en déséquilibre sont détaillées. Les méthodes de diagnostic basées sur la spectroscopie optique d'émission communément utilisées pour sonder ces plasmas sont présentées. Les logiciels de simulation de spectres radiatifs LIFBASE, SPECAIR et SPARTAN sont décrits à la fin de ce chapitre ; les résultats issus de ces logiciels servent de référence et de comparaison pour le code de simulation développé pour ce travail. La seconde partie traite de la simulation de spectres radiatifs des plasmas à l'équilibre et en déséquilibre thermique. La théorie du rayonnement moléculaire est présentée en détails ainsi que le calcul des niveaux d'énergie d'une molécule diatomique. Les lois de sélection autorisant les transitions radiatives entre ces niveaux et conduisant à la structure particulière des spectres moléculaires sont également discutées. Les spectres simulés via le code numérique mis en place au cours de ces travaux sont comparés avec les spectres de référence pour les systèmes moléculaires d'un plasma d'air et d'argon-azote-hydrogène. Les concordances et les différences observées lors de ces comparaisons sont soulignées ainsi que la nécessité de comparer les spectres calculés avec des spectres expérimentaux afin de juger de la validité de notre modèle et de ceux des logiciels utilisés. La troisième partie de ce mémoire présente l'étude expérimentale mise en place au LAPLACE sur la caractérisation du rayonnement émis par une torche plasma micro-ondes opérant à la pression atmosphérique. Une première partie théorique tâche d'aborder les problématiques liées à la propagation des micro-ondes au travers d'un guide d'ondes et au couplage énergétique micro-ondes-plasma. Le dispositif expérimental est ensuite décrit en détails et les processus de génération et d'entretien de la décharge sont discutés. La troisième partie présente les résultats de la caractérisation de la décharge par spectroscopie optique d'émission dans un mélange d'argon-azote-hydrogène. Cette technique a permis le calcul de différentes grandeurs caractéristiques du plasma comme les températures d'excitation, de rotation, de vibration et de translation (du gaz) et la densité électronique. Enfin, une comparaison entre les spectres expérimentaux et simulés des systèmes N2 Second Positif et N2+ Premier Négatif fait l'objet de la dernière partie de ce chapitre.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Cressault, Yann
Masquère, Mathieu
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Plasma 2T - Rayonnement moléculaire - Déséquilibre thermique - Spectroscopie optique d'émission (OES) - Plasma micro-onde - Surfaguide
Sujets :Physique
Déposé le :16 Apr 2021 13:55