Deux débits de gaz séparés

La Figure 5-5 représente le schéma du dispositif étudié dans cette partie. Deux jets de plasma sont placés l'un en face de l'autre.

Figure 5-4 : Schéma du dispositif expérimental pour la contre propagation de deux jets de plasma.

L’hélium arrive par un canal principal, qui se divise par la suite en deux parties. Sur chaque branche se trouve un débitmètre volumique permettant de régler le débit de gaz pour chacune des deux décharges.

La Figure 5-6 présente trois photographies prises avec une caméra CCD (en fausses couleurs), intégrées temporellement pour trois configurations différentes. Les images (a) et (b) représentent la situation lorsque seulement une des deux décharges est allumée : (a) la décharge de gauche est allumée et celle de droite est éteinte, et (b) représente la situation inverse. Dans les deux cas, le plasma se propage jusqu’à l’autre tube diélectrique. Notons que pour de telles conditions, en l’absence d’un second dispositif, la longueur du plasma excède 20 mm, ce qui représente la distance entre les deux décharges. Le plasma est alors capable de se propager jusqu’à l’autre structure de décharge, et lorsque l’alignement est parfait, de pénétrer à l’intérieur de celle-ci. La photographie (c) représente quant à elle la configuration pour laquelle les deux décharges sont allumées. On observe qu’un plasma est amorcé au niveau de chaque décharge, mais à la différence des configurations (a) et (b) de la Figure 5-6, il existe une zone sombre entre les deux jets où il n’y a pas de plasma. Ce comportement suggère que les deux plasmas interagissent l’un par rapport à l’autre.

D’autre part, nous pouvons remarquer que, lorsque seulement une des deux décharges est allumée, l’intensité lumineuse est maximale devant la décharge non alimenté en haute tension. Au contraire, lorsque les deux décharges sont allumées, l’intensité lumineuse émise au niveau des deux décharges paraît très symétrique.

Figure 5-5 : Schéma du dispositif expérimental lorsque le débit d'hélium provient des deux décharges.

De plus, pour les trois configurations, on remarque qu’il a formation d’une structure en forme de disque entre les deux débits de gaz. Ce disque représente la zone d’interaction entre les deux débits de gaz. La position de ce disque est légèrement plus proche de la décharge de gauche que de celle de droite, ce qui est dû à la différence de débit. Le débit de gauche est de 700 sccm, tandis que celui de droite est de 800 sccm. Les débits de gaz sont choisis volontairement différents afin que la zone où les deux flux d’hélium se rencontrent ne soit pas au centre du dispositif. Car comme le montre la Figure 5-6 (c), la région où les deux plasmas interagissent entre eux et qui est représentée par la zone sombre se situe à peu près au centre du dispositif. Si ces deux zones sont superposées, alors l’interaction des deux plasmas n’est plus correctement visible, car elle se situe dans la zone où les flux de gaz se rencontrent. La position du disque, correspondant à l’interaction entre les deux flux de gaz, est sensible à la différence de débit, comme le montre la Figure 5-7. Plus cette différence est importante, plus le disque est proche de la décharge qui possède le débit le plus faible. Afin d'étudier en détail le cas (a) de la Figure 5-6, nous avons examiné la propagation du plasma au cours du temps au moyen d'une caméra ICCD. L'évolution de cette propagation est présentée Figure 5-8. Chaque photographie correspond à une décharge visualisée avec un temps d'exposition de 5 ns. Ceci afin d’identifier si dans une telle configuration, la propagation du plasma est reproductible d’une acquisition à l’autre. À 330 ns le plasma quitte le tube diélectrique et commence sa propagation dans l’air, puis au temps t = 370 ns, on observe la formation d’une structure diffuse, qui correspond à celle observée sur la Figure 5-6, puis à partir de 380 ns, l’intensité lumineuse du disque diminue. De ce disque se détache un streamer se déplaçant le long de la direction axiale qui finit par atteindre l’autre dispositif à 500 ns.

Figure 5-6 : Photographie en fausses couleurs. (a) la décharge de gauche est allumée. (b) la décharge de droite est allumée. (c) les deux décharges sont allumées. Tension appliquée : 5 kV.

Dans la zone, où se trouvait précédemment le disque, se créer un second front d’ionisation à 390 ns. La direction de ce front n’est pas la même à 390 ns et à 400 ns. Dans un cas il se situe vers le haut, et dans l’autre vers le bas. À chaque acquisition, qui correspond à un streamer différent, la direction de ce front diffère, mais se situe toujours à peu près à la même position axiale, alors que la position du streamer se trouvant dans le canal principal est très reproductible. La direction aléatoire du streamer se situant dans le disque doit probablement être due à la distribution du gaz, car cette zone représente la région où les deux flux de gaz interagissent. Le champ électrique dans la tête du streamer est compris entre 10 et 20 kV/cm [104] et, est capable de se propager dans des régions où la proportion d’hélium est suffisamment grande, car l’ajout d’air demande un champ électrique plus important. La zone où la proportion d’hélium est suffisamment grande doit varier d’une acquisition à l’autre, ce qui explique pourquoi la position du streamer n’est pas reproductible.

Pour comparer ces résultats au cas où les deux décharges sont allumées (configuration (c) de la Figure 5-6), nous avons également étudié, pour ce derniers cas, l'évolution temporelle de la propagation du plasma. Les résultats sont présentés Figure 5-9. Au temps t = 270 ns les deux décharges s’amorcent simultanément, puis à 330 ns chaque streamer quitte le tube diélectrique dans lequel il a été créé et arrive dans l’air ambiant. À 390 ns, le streamer de droite continue de se propager, alors que celui de gauche prend la forme d’un disque beaucoup plus symétrique que celui observé à la Figure 5-6 et à la Figure 5-7.

Figure 5-7 : Comportement du plasma pour différents débits et pour une tension appliquée de 5 kV.

À 400 ns, se détache du disque un streamer, qui continue de se propager dans la direction axiale. Ce streamer et celui de la décharge de droite arrêtent leur course avant d’avoir pu se rencontrer, et à partir de 420 ns leur intensité lumineuse diminue progressivement et l’aspect spatial demeure inchangé. A la différence de la configuration de la Figure 5-8, la structure du disque est très reproductible d’une acquisition à l’autre. Cette structure relativement symétrique est probablement due à la présence du streamer de droite. Ce dernier doit influencer la direction des streamers qui composent ce disque. Ce phénomène est similaire à celui observé par Sarron et al [210], [211] : lorsque leur plasma arrive au niveau de l’intersection (Figure 5-2 (b) et Figure 5-3 (a) et (b)) la division de ce dernier est facilitée à cause de la présence de charges sur la surface opposée. Ces charges induisent un champ électrique qui va favoriser la division du streamer en deux. Dans notre cas, on peut supposer que c’est le champ électrique induit par le streamer de droite qui va favoriser la division du

Figure 5-8 : Photographies en fausses couleurs de la dynamique de la propagation d’un micro-jet de plasma, lorsque les deux débits gaz sont allumés. Un débit d’hélium provient de chaque décharge. Le temps d'exposition est de 5 ns et chaque photographie est prise en mono coup. La tension appliquée pour les deux décharges est de 5kV.

streamer et ainsi former une structure relativement homogène. Par contre, les images de la Figure 5-9 ne permettent pas de savoir combien de streamers sont produits, car ils se propagent tous dans un flux perpendiculaire à l’axe de propagation.

Les diagnostics d’imagerie ont montré que deux jets de plasma, se propageant en sens opposés, interagissent entre eux. Ces derniers ne se rencontrent pas et laissent une zone libre entre les deux jets. Ceci n’est pas dû à une limitation de la longueur du jet, car si l’une des deux décharges est éteinte, la longueur du jet est suffisamment grande pour atteindre la structure de la décharge opposée.

Figure 5-9 : Photographies en fausses couleurs de la dynamique de la contre propagation de deux micro-jets de plasma. Un débit d’hélium provient de chaque décharge. Le temps d'exposition est de 5 ns et chaque photographie est prise en mono coup. La tension appliquée pour chaque décharge est de 5kV. Le temps indiqué est pris par rapport au signal de synchronisation du générateur d’impulsion.

Ces résultats montrent qu’il y a une interaction forte entre les processus hydrodynamiques et électrodynamiques. Cette interaction est très complexe et son étude détaillée pourrait faire l'objet d'une thèse à part entière. Afin d’analyser le phénomène lié à la seule interaction entre les deux jets de plasma, nous avons étudié une configuration plus simple dans laquelle les deux jets se propagent dans un flux d’hélium unique.