Décharges DBD nanosecondes en conditions de pression

Cette étude a été réalisée dans le cadre du stage de M2 (master « gestion de l’énergie ») d’Emmanuel BAYODA, et du début de sa thèse. Deux axes du département D2 de Pprime sont impliqués (EFD et CT). L’objectif est d’étudier le comportement électrique et mécanique de décharges à barrière diélectrique de type nanoseconde, à deux et trois électrodes, en conditions d’altitude (pression et température faibles, jusqu’à 100 mBar et -50°C) et en chambre de combustion (pression jusqu’à 8 bars à température ambiante). Ces travaux sont relatifs aux actions 5.1 et 5.2.

Les grandeurs électriques tel que le courant ou l’énergie déposée ont été mesurées, la morphologie de la décharge de surface a été analysée par des visualisations avec une caméra intensifiée iCCD, et l’onde de pression générée par la décharge a été caractérisée par visualisation Schlieren. La figure 1a montre la géométrie de l’actionneur utilisé ; il est composé de deux électrodes placées de part et d’autres d’un diélectrique de 120 µm, entre lesquelles une haute tension pulsée de plusieurs kV à plusieurs kHz est appliquée. Une décharge de surface s’initie alors à partir de l’électrode haute tension, vers l’électrode de masse, comme illustré par la figure 1b, montrant la décharge pour des pressions de 1 bar à 265 mBar. Elle met en évidence que la décharge s’étend d’autant plus à la surface du diélectrique que la pression diminue.

(a)	(b)

Figure 1. Schéma de l’actionneur plasma (a) et visualisations iCCD de la décharge positive et négative, pour différentes pressions (b).

 

L’effet mécanique de ce type de décharge est la génération d’une onde de pression du fait de l’apport d’énergie qui chauffe l’air à la surface du diélectrique. Cette onde de pression a été caractérisée par des visualisations Schlieren en conditions de dépression et de surpression, de 0.1 à 8 bars. La figure 2a illustre l’onde de pression à t = 5 et 20 µs après l’application de la haute tension, de 0.7 à 8 bars. Elle montre que l’onde de pression se déplace à la même vitesse, quelle que soit la pression, mais que la partie plane de l’onde, qui est due à l’extension du plasma à la surface du diélectrique, diminue avec la pression. Ce résultat est confirmé par la figure 1b: puisque l’extension du plasma diminue lorsque la pression augmente, la partie plane de l’onde de pression diminue aussi.

Figure 2. Visualisation de l’onde de pression pour différentes pressions (a) et tracé de la longueur du plasma et de la partie plane de l’onde de pression en fonction de la pression (b).