Diagnostic optique de la NS-DBD par imagerie iCCD

En complément de la caractérisation électrique de la NS-DBD, le diagnostic par imagerie a été effectué en utilisant une caméra intensifiée EmiCCD. δ’ouverture de la caméra (Δt) est réglée à 60 ns afin de photographier les photons émis par le plasma comme le montre la Figure I-23.

La Figure I-24 montre les images correspondant à une intégration des photons émis durant les phases de montée et de descente de tension. La trace de ces photons correspond à la distribution des charges à la surface du diélectrique durant la décharge comme l’a démontré Paniel et.al. [64] en couplant la mesure de charge et de l’imagerie.

Les images de la décharge présentées par la Figure I-24 montrent que sa morphologie est filamentaire. La décharge est composée de streamers uniformément répartis le long de l’électrode (1). Ce régime de décharge a été confirmé par Stépanyan et al. [11] en utilisant la même

technologie de pulseur haute tension (FID). On observe également que le plasma s’étend à la

surface du diélectrique au fur et à mesure que la tension VP augmente.

Figure I-23 : Montage expérimental A et période d’ouverture de la camera EmiCCD B V_P Y X A -20 0 20 40 60 80 100 120 140 -10 -5 0 5 10 15 20 Tension (kV) Temps (ns) -1,5 0,0 1,5 3,0 Cour ant (A/cm) t = 60 ns B

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3.2.2.1

Extension du plasma en fonction de la tension V

Si on relève la position moyenne des streamers, la Figure I-25 révèle que le plasma s’étend de façon linéaire avec la tension VP, commedans [65]. On assiste à une extension de 8 mm à 23 mm

environ pour des impulsions de tension variant de 10 kV à 20 kV. Cette extension justifie en

d’autres termes l’augmentation des amplitudes de courant observées précédemment en Figure I-

22-B. De plus l’intensité lumineuse de la décharge n’est pas uniforme à la surface du diélectrique.

On peut voir sur ces images iCCD la présence d’une zone plus lumineuse proche de l’électrode

(1). Cette zone correspond à la superposition des deux décharges consécutives ayant lieu lors des

phases de montée et de descente de l’impulsion de tension (voir section 3.2.1.2).

10 kVP 12 kVP 14 kVP 16 kVP 18 kVP 20 kVP Électrode 1 NS-DBD 10 12 14 16 18 20 5 10 15 20 25 Extensi on du plas ma ( mm ) Tension V_P (kV)

Figure I-24: Signature optique par imagerie iCCD de la décharge établie à la surface du diélectrique pour différentes tensions pulsées. La caméra est ouverte pendant 60 ns

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3.2.2.2 Analyse qualitative de l’intensité lumineuse des streamers se développant à

la surface du diélectrique

La Figure I-26-A propose une analyse qualitative de l’intensité des streamers de la décharge dans

le plan parallèle à l’électrode (1) suivant la position x et pour VP = 14 kV. Elle montre que leur

intensité lumineuse décroit au fur et à mesure que l’on s’éloigne de cette électrode. On observe qu’à la position x = 2.η mm par exemple, l’amplitude de l’intensité lumineuse est en moyenne de

0.7 u.a. (unité arbitraire), de 0.4 u.a. pour x = 8 mm et de 0.2 u.a. pour x = 12 mm. Une analyse similaire proposée par Nudnova et al. en 2010 [66] sur les décharges de surface a montré que les

streamers sont plus lumineux à leur base, c’est-à-dire à leurs points de rattachement à l’électrode

active. Ce comportement est clairement visible sur les décharges de volume [67], révélant ainsi

que la majorité des charges sont déposées aux abords de l’électrode active (1), correspondant à la

région à fort champ électrique [68].

3.2.2.3 Comparaison de l’intensité lumineuse des streamers en fonction de la

tension V

Par ailleurs, on peut constater sur la Figure I-24 que l’intensité lumineuse des streamers est

fortement impactée par l’amplitude de tension. Cela se confirme par l’analyse des profils d’intensité proposée par la Figure I-27 où on voit que l’intensité augmente avec VP. De plus ce

diagramme apporte des informations supplémentaires sur la distribution spatiale des streamers notamment sur leur aspect et leur diamètre. En effet, on peut remarquer sur cette figure que la largeur des intensités lumineuses augmente avec VP puisque la largeur des pics devient plus

mm 30 0 20 10 40 10 20 30 40 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 2,5 8 12 20 Z (mm) Intensité (u. a.) X (mm ) VP= 14 kV

Figure I-26 : Profil de l’intensité lumineuse des streamers extraits à x = 2.5mm, 8 mm ,12 mm et 20 mm dans le plan xz

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importante. Ceci s’observe aisément lorsqu’on compare la largeur des streamers pour des

tensions VP de 10 kV et 20 kV (Figure I-27).

Cette morphologie est clairement visible sur les images présentées en Figure I-24 où on peut voir que pour de faibles tensions (VP < 14 kV), les streamers sont majoritairement constitués d’un seul

filament avec de petites ramifications. Par contre, pour VP≥ 14 kV, le filament principal se

subdivise en 2 ou 3 streamers secondaires, donnant ainsi lieu à une décharge beaucoup plus homogène visuellement. Ainsi, le diamètre des filaments augmente avec VP comme observé par

Van Veldhuizen et.al. [67] pour les décharges de volume et récemment confirmé par Stépanyan

et al. [11] pour les décharges de surface. En effet, on peut y remarquer que la largeur des intensités lumineuses augmente avec VP. Suivant une position z donnée, deux ou trois pics

d’intensités, relevés à 10 kV par exemple, se substituent en un seul pic de largeur plus importante

pour VP = 20 kV. Cette distribution spatiale des streamers en fonction de la tension rejoint les

travaux de Allegraud et al. [69], [70] qui avaient démontré que le nombre de streamer ainsi que

leur extension étaient liés au courant de décharge (ou en d’autre terme à l’amplitude de la tension

appliquée).

δorsqu’on compare ce diagnostic par imagerie au diagnostic électrique, deux informations essentielles en sont tirées. δa première est que l’augmentation de l’amplitude de la tension VP(t)

appliquée et par conséquent du courant de décharge est directement liée à l’extension du plasma ainsi qu’à son intensité. Et la deuxième, du fait de la distribution spatiale de l’intensité lumineuse à la surface du diélectrique, montre qu’une grande partie de l’énergie est déposée aux abords de l’électrode active (1).

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