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CIRCUIT ELECTRIQUE 1 Circuit usuel

Chapitre II : Dispositifs expérimentau

3. CIRCUIT ELECTRIQUE 1 Circuit usuel

Le schéma type du circuit électrique est montré sur la Figure 6.

Figure 6: Circuit électrique.

L’électrode à la haute tension est alimentée par une alimentation sinusoïdale à 50 Hz (fréquence fixe, A2E Technology). La Figure 7 donne le signal de tension correspondant.

0 5 10 15 20 -15 -10 -5 0 5 10 15 Ua (kV) t (ms)

Figure 7 : Une période de la tension appliquée.

Il ne s’agit pas exactement d’un signal sinusoïdal : le signal de tension est en fait constitué de deux parties linéaires joignant des plateaux aux maximum et minimum de tension appliquée. Ainsi la tension est constante entre 4 ms et 6.3 ms pour la partie positive, et 14 et 16.3 ms pour la partie négative. Ce point mérite d’être précisé car nous verrons dans le chapitre III que l’extension du plasma sur la surface est fortement dépendante du signal de tension appliquée.

L’électrode opposée est reliée à la masse via une capacité de mesure de 1,2 nF. Cette capacité est utilisée pour mesurer la quantité de charges transférée par le plasma.

La tension appliquée et la tension aux bornes de la capacité de mesure sont mesurées par des sondes de tension Lecroy PPE 20 kV. Le signal de courant est mesuré par une sonde de Rogowsky (Fischer F33-5). Tous les signaux sont affichés par un oscilloscope Lecroy (Waverunner LT584M) à 1 GHz.

3.2. Circuit pulsé

Pour certaines mesures d’imagerie, il a été nécessaire de localiser une partie de la décharge dans le temps. Pour cela, une alimentation supplémentaire a été utilisée. De plus amples détails sur l’objectif de la mesure et la technique employée sont donnés dans le chapitre IV.

Figure 8 : Circuit électrique pulsé.

La Figure 8 montre le nouveau circuit. On a conservé l’alimentation sinusoïdale, et on y a ajouté un générateur de pulse (FID Technology). Ces pulses sont de durée très courte (8 ns à 90 % du maximum de tension), avec un front de montée de 1.5 ns.

L’alimentation sinusoïdale est isolée du générateur de pulse par une impédance de 100 Ω et une inductance de 1.29 µH, qui coupe des hautes fréquences. Le générateur de pulse est isolé de l’alimentation sinusoïdale par une impédance de 500 Ω et une capacité de 2 nF, qui coupe les basses fréquences.

3.3. Calcul de la puissance injectée

3.3.1 Méthodologie

La puissance électrique est un paramètre indispensable puisqu’elle exprime la quantité totale de charges transférées par le plasma. Pour accéder à cette information, il faut disposer de la tension aux bornes du réacteur et de la charge transférée.

Figure 9: Schéma du dispositif expérimental.

la puissance.

En dessous de la tension de claquage, le plasma est éteint, la tension aux bornes de Um est

alors en phase avec la tension appliquée. La figure de Lissajou est alors une droite :

Figure 10: Tension appliqué et tension de mesure (a), et figure de Lissajou correspondante (b).

Lorsque l’on dépasse la tension de claquage, des charges sont transférées au travers des canaux résistifs formés par les streamers. Chaque passage de charges entraîne une augmentation de la tension aux bornes de Cm, qui prend alors une forme assez caractéristique, en « marches d’escalier » (Figure

11a). La figure de Lissajou décrit alors un cycle assimilable à un parallélogramme (figure 11b) .Lorsque la tension appliquée atteint la tension d’allumage, le plasma transfère des charges qui ouvrent le cycle (phase 1). Cette phase dure tant que la pente de la tension est positive. Puis la tension diminue et le plasma s’éteint (phase 2) jusqu’ au début de l’alternance négative durant laquelle le transfert de charges reprend (phase 3). Enfin, la pente de la tension s’inverse à nouveau et le plasma reste éteint jusqu’à la prochaine tension de claquage (phase 4).

Figure 11 : Tension appliquée et de mesure (a), et figure de Lissajou correspondante (b). Configuration d = 3

mm

L’aire de ce cycle donne directement la valeur de la puissance électrique injectée dans le plasma :

=

cycle

dU

Q

P

.

C’est au calcul de cette aire que nous allons à présent nous intéresser.

0 5 10 15 20 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -15 -10 -5 0 5 10 15 Um (V) t (ms) U a (kV) -15 -10 -5 0 5 10 15 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 3 4 2 Q (nC) Ur (kV) 1

a

b

a b

3.3.2 Approximation du cycle par un parallélogramme

Lorsque le réacteur utilisé comporte un espace entre les électrodes, la tension de claquage est assez « marquée », c'est-à-dire que l’on distingue facilement sur les cycles les débuts des phases 1 et 3. La figure de Lissajou peut alors être identifiée à un parallélogramme. La méthode utilisée jusqu’ici dans l’équipe est donc d’approximer chaque phase du cycle par une droite. Pour exemple, la Figure 12 montre un cycle expérimental obtenu dans une décharge cylindrique. Dans ce cas, le gap gazeux impose une tension de claquage relativement fixe et le cycle est particulièrement anguleux.

Figure 12 : Figure de Lissajou expérimentale en DBD cylindrique (en noir) et approximations linéaires (en

couleur).

L’emploi de l’approximation linéaire est donc justifié dans ce cas. La puissance est alors extraite en calculant l’aire du parallélogramme formé par les quatre droites. L’usage de cette méthode est par contre limité pour une décharge de surface. En effet, l’amorçage du plasma est facilité par le faible rayon de courbe de l’électrode métallique, ainsi que son contact avec le diélectrique. La tension de claquage est donc beaucoup moins localisée car elle peut être influencée par différents facteurs (points anguleux, charges en surface). L’apparition du plasma se fait au travers de quelques passages de charges de faible intensité qui apparaissent sur une plage de tension assez étendue (quelques kilovolts). En conséquence, le cycle perd son caractère anguleux.

Tant qu’il existe un décalage entre les électrodes, comme pour le cycle de la Figure 12, la tension de claquage est assez localisée et l’approximation linéaire est encore possible. Si l’on supprime ce décalage, l’apparition du plasma est trop facilitée et le cycle devient très arrondi.