a Cas d’une excitation électrique de type AC

Fig. III.16 : Influence de la fréquence sur le temps d’apparition des pics de courant pour des tensions fixes. (a) : V = 6 kV, (b) : V = 7 kV, (c) : V = 8 kV, (d) : V = 9 kV.

III.2.3 – Effet des paramètres électriques sur la géométrie du jet

III.2.3.1 – Effet de la tension et de la fréquence

III.2.3.1.a – Cas d’une excitation électrique de type AC

Dans le cas d’une excitation du jet de plasma en utilisant un signal haute tension AC, nous avons constaté que notre jet de plasma a une forme conique qui se termine par une zone de turbulence si la valeur de la puissance électrique est élevée (Photos de la figure III.17). Cette turbulence est le résultat de l’augmentation de la température du plasma suite à l’augmentation de la puissance, elleinflue directement sur la longueur du jet et induit une réduction significative de cette dernière. Li et al. [16] ont également montré la présence de cette zone en appliquant une tension alternative de 2,6 kV pour une fréquence de 40 kHz

.

(a) (b)

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Fig. III.17 : Photos de la forme du jet de plasma pour une puissance de (a) 0,115 W (7 kV, 4 kHz) et (b) 1,12 W (9 kV, 27 kHz), montrant l’apparition d’une zone de turbulence

lorsque la puissance du plasma est suffisamment élevée.

Nous avons reporté sur la figure III.18 l’effet de la variation de la tension AC appliquée sur la longueur du jet de plasma. Nous remarquons que dans le domaine de tension exploré (6 – 9 kV) la présence de deux types de variations et ce, en fonction de la fréquence du signal : une variation relativement faible dans la gamme de fréquence 4 – 8 kHz (la longueur du jet varie entre 2,85 et 3,1 cm) et une décroissance importante de la longueur du jet dans la gamme 21 – 27 kHz atteignant près de 50% pour une fréquence de 27 kHz.

Fig. III.18 : Variation de la longueur du jet de plasma en fonction de la variation de la tension AC appliquée.

L’effet de la fréquence du signal d’excitation AC sur la longueur du jet apparait d’une manière plus claire sur les courbes de la figure. III.19. Dans le domaine fréquentielle 4 – 27 kHz, nous constatons que pour une tension de 6 kV la variation de la fréquence n’a pas d’effet notable sur la longueur du jet change. Cette dernière reste pratiquement constante

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(entre 2,9 et 3 cm). Cependant lorsque la valeur de tension augmente de 7 à 9 kV, la variation de la longueur du jet est inversement proportionnelle à la variation de la fréquence. Ainsi, pour une tension de 9 kV, la longueur du jet passe de 2,9 cm à 4 kHz à 1,5 cm à 27 kHz.

Fig. III.19 : Variation de la longueur du jet de plasma en fonction de la variation de la fréquence du signal appliquée.

Li et al. [17 – 18] ont également montré que la longueur d’un jet de plasma créé à une fréquence de 52 kHz dans un flux de différents gaz (argon, néon et hélium) variant d’environ 500 ml/min à 10 litres/min dépend de la tension appliquée. Ils ont révélé que la longueur du jet de plasma créé dans de l’hélium diminue lorsque la tension appliquée pour générer le plasma augmente de 5,7 à 9,9 kV et ce, sur toute la plage du débit d’hélium exploré [17] (Fig. III.20.a). Cependant dans le cas d’un jet de plasma créé dans de l’argon, la dépendance de la longueur du jet de plasma vis-à-vis de la tension appliquée dépend en fait du domaine du débit d’argon exploré [17 – 18].

Fig. III.20 : Effet de la tension d’excitation AC du plasma sur l’évolution de la longueur du jet de plasma en fonction du flux d’hélium (a) ou d’argon (b) par Li et al. [17].

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Si la valeur du débit du gaz dans lequel le plasma a été créé se trouve dans la région 0 – 3 l/min (qu’ils ont appelé mode laminaire lorsque le débit est dans la plage 0 – 2 l/min et mode transitoire lorsque ce débit est dans la plage 2 à 3 l/min), la longueur du jet de plasma diminue lorsque la tension appliquée augmente (Fig. III.20.b). Au-delà d’une valeur de débit d’argon supérieure à 3 l/min appelé mode turbulent, Li et al. ont trouvé que le sens de dépendance de la longueur de leur jet de plasma vis-à-vis de la tension appliquée est inversé (la longueur du jet de plasma augmente légèrement lorsque la valeur de la tension appliquée augmente), sans toutefois trouver une explication plausible à la cause de cette inversion. Seo et al. ont effectivement trouvé que pour un débit de d’hélium ou d’argon de 4 l/min (donc se trouvant dans la zone de turbulence si on se refaire aux travaux de Li et

al.) la longueur de leurs jets de plasma augmente avec l’augmentation de la tension

appliquée [15]. Mentionnons que comme le montre les résultats de la figure III.20 [17], que la diminution de la longueur du jet en fonction de la tension AC appliquée est insignifiante pour les faibles valeurs du flux de gaz utilisé (débits inférieurs à 2 l/min pour les jets de plasma créés dans de l’hélium et inférieurs à 1 l/min pour les jets de plasma créés dans de l’argon).

Quoique les dimensions géométriques du réacteur utilisé par Li et al. ainsi que la valeur de la fréquence du signal d’excitation de leur jet de plasma ne soient pas identiques aux nôtres, il apparaît néanmoins que l’évolution de la longueur de nos jets de plasma créé dans l’argon en fonction de la tension AC appliquée pour l’excitation électrique du jet est similaire à celle trouvée par ces auteurs. Par ailleurs, nous pouvons déduire à travers la comparaison de nos résultats aux leurs, que la valeur du débit que nous avons choisi d’une manière aléatoire à 3 l/min, se trouve hors du régime turbulent du gaz.