DBD de surface de type AC

1.3.4.1

Historique et caractéristiques

δes DBDs de surface de type AC sont au cœur de nombreuses recherches dont le but est entre autres d’améliorer leur efficacité vis-à-vis des applications qu’elles visent. Ces décharges sont

générées en appliquant une haute tension sinusoïdale à une des électrodes tandis que la seconde est mise à la masse. Lorsque la tension appliquée est suffisante, une décharge a lieu à la surface du diélectrique. Les mesures de tension et de courant relatives à cette dernière, sont présentées par la Figure I-7. On observe que, durant l’alternance positive, le courant de décharges est constitué de plusieurs pics (i.e. régime streamer) tandis qu’à l’alternance négative, ces pics sont

fortement réduits (i.e. régime glow).

HV (A) HV (B) HV (C)

Figure I-6: Configuration de DBD de type plan-plan volumique (A), plan-plan surfacique (B) et plan- plan surfacique avec encapsulation (C)

20 Ces variations d’alternance (i.e. des régimes de décharge), confèrent à cette décharge de type AC,

l’avantage de pouvoir évacuer les charges déposées à la surface du diélectrique grâce aux

changements successives des alternances positives et négatives [12], [19]. En effet, durant la première alternance, les charges sont déposées à la surface du diélectrique grâce à la première décharge. La surface de la barrière diélectrique devient ainsi chargée et son potentiel avoisine celui de la tension appliquée. Mais, durant la phase descendante de la tension, le potentiel du

diélectrique devient supérieur à celui de l’électrode active qui se comporte par conséquent

comme une cathode virtuelle. Les charges déposées retournent donc vers cette cathode virtuelle en générant au passage une seconde décharge. Ainsi le potentiel du diélectrique est à nouveau

abaissé et le cycle recommence. Ce changement de régime d’une alternance à une autre, favorise

la génération du vent électrique et de la force electrofluidodynamique générée par ces décharges.

1.3.4.2

Mécanisme de conversion électromécanique des décharges AC : Le vent

électrique et la force Electrofluidodynamique

La conversion électromécanique induite par les décharges ou AC est connu sous le nom de vent électrique ou force électrofluidodynamique (ou EHD : Electrohydrodymanic). Ce vent interagit avec le fluide environnant en favorisant un écoulement en proche paroi (Figure I-8A). En effet,

durant la décharge, les particules ionisées (durant l’alternance positive), sont accélérées (durant l’alternance négative) sous l’effet du champ électrique (force de coulomb) et collisionnent avec les particules neutres de l’air. δes collisions entrainent un transfert de quantité de mouvement

donnant ainsi naissance au vent électrique. Ce vent électrique impacte directement le profil de la

couche limite d’un écoulement par exemple [12], [17], [20], [21]. Par ailleurs, Forte et al. en

2007 avait montré que l’évolution temporelle de la vitesse du vent électrique était étroitement liée

à la fréquence des alternances (Figure I-8B) [22]. Les travaux récents ont démontré que la vitesse du vent électrique généré par une DBD peut atteindre une dizaine de m/s et la force générée avoisine 1 mN/W.

21 Il apparait que la vitesse maximale que peut atteindre le vent électrique est limitée à cause du dépôt de charges à la surface du diélectrique qui constitue un « écran » pour la décharge suivante en générant un contre champ électrique. Les travaux de Enloe et al. [24], Celestin et al.[25] en 2008, Cristofolini et al. [26] en 2013 et Hong et al. [27] en 2013 ont d’ailleurs montré que le dépôt de charge entraine une élévation progressive du potentiel du diélectrique atténuant ainsi

l’efficacité de ces décharges AC. Plusieurs travaux ont donc été adressés à l’amélioration de l’efficacité de ces décharges afin de minimiser la quantité de charges déposées. Pour ce faire,

certains auteurs proposent de modifier la fréquence des signaux de tension en superposant

plusieurs fréquences d’excitation ou en les utilisant en mode « burst » [17], [21]. Par ailleurs, l’utilisation des signaux AC de type triangulaire, quadratique ont également permis d’améliorer

les performances de ces décharges [28]. Certains auteurs proposent en outre, une modification de

la géométrie de l’actionneur en rendant par exemple la barrière diélectrique partiellement

conductrice [29], ou en ajoutant une contre électrode [30], [31] dans le but d’évacuer les charges déposées. Cette dernière solution permet de générer une décharge dite glissante ou « sliding ».

1.3.4.3

La configuration à AC-DBD glissante ou sliding

δa configuration à DBD glissante est apparue prometteuse car elle permet d’attirer et collecter les charges et par conséquent la décharge peut s’étendre davantage et recouvrir une large surface

[30], [32], [33]. Cette extension est possible à la présence d’une contre électrode reliée à la masse ou connectée à une tension continue. Les efforts de recherches se sont donc orientés vers cette

augmentation de la surface de décharge afin d’augmenter davantage la région d’interaction avec le fluide environnant. En effet, l’extension des décharges de surface est souvent limitée à

quelques millimètres voir 1 à 2 cm à cause de la contre camp des charges déposées. Cette configuration, utilisant une géométrie d’actionneur à 3 électrodes était préalablement utilisée

(A)

(B)

Figure I-8: Champ PIV montrant la topologie du vent électrique généré par une AC-DBD surfacique (A) [23], variation des composantes de vitesse u et v par rapport au signaux de tension et de courant [22]

22 pour ioniser les gaz dans les lasers [34]. En 2005, notre équipe a commencé à étudier cette configuration de décharge pour des applications en contrôle d’écoulement. δa Figure I-9 montre quelques exemples des géométries utilisées. Son principe est le suivant : les charges qui résultent

d’une décharge primaire générée à la première électrode sont attirées vers la troisième électrode

lorsque cette dernière est à un potentiel donné. Ainsi est générée une décharge dite glissante ou

sliding (en anglais).

En 2008, Moreau et al. [33] avaient montré que la configuration à DBD glissant permet

d’augmenter la vitesse électrique produite lorsqu’on la compare à la DBD conventionnelle à 2 électrodes. Ce résultat a d’ailleurs été confirmé plus tard par Debien et al. [18] dans sa thèse, puis Polivanov et al. [35] et Seney et al. [36], en y ajoutant que la topologie du vent électrique est modifiée aux abords de la troisième électrode. Cette augmentation de la vitesse indiquerait que

cette décharge serait plus efficace en control d’écoulement, cependant peu de travaux sont effectués à ceux sujet car il s’avère que cette décharge AC-DBD glissante génère régulièrement des régimes d’arc qui sont non-désirés.