Essais pr´eliminaires

Pour ´etablir une d´echarge couronne et continue, diff´erents param`etres entrent en compte : la nature des ´electrodes, leur espacement, leur position sur le di´electrique, la nature du di´electrique et son ´etat de surface, les conditions atmosph´eriques, ainsi que la tension appliqu´ee et le courant de d´echarge r´esultant. Cette d´echarge devant ˆetre utilis´ee pour le contrˆole d’´ecoulements, notamment des ´ecoulements a´erodynamiques autour de profils d’ailes, des contraintes s’ajoutent pour le d´eveloppement de la d´echarge. En effet, celle-ci doit ˆetre stable dans le temps (plusieurs minutes), doit pouvoir s’´etablir sur une grande longueur d’´electrodes et sans passage `a l’arc. De plus, les tensions n´ecessaires pour ´etablir des d´echarges sont limit´ees par l’alimentation utilis´ee, donc la dimension du plasma surfacique est limit´ee. Seules les trois configurations test´ees ayant permis d’´etablir une d´echarge pr´esentant tous ces crit`eres sont pr´esent´ees ici. Toutes les photographies des d´echarges ont ´et´e r´ealis´ees avec une cam´era Princeton Instrument ICCD (Intensified Charge Coupled Device, taille de matrice 384 × 576 pixels2

) sur un temps d’exposition de 1 seconde.

Configuration ´electrodes filaires dans des rainures sur la surface d’un di´ elec-trique

Afin de valider nos dispositifs, la premi`ere configuration ´etudi´ee a ´et´e celle utilis´ee par L´eger (2003). Les ´electrodes sont s´epar´ees de 45 mm et de longueur 280 mm. L’anode est un fil de cuivre de diam`etre 1 mm, plac´ee dans une rainure sur la plaque de profondeur 2 mm et de largeur 1 mm. La cathode est ´egalement un fil de cuivre, mais de diam`etre 2 mm, plac´ee dans une rainure de profondeur de 2 mm et de largeur de 2 mm (figure 2.8). L´eger a montr´e l’int´erˆet d’utiliser des ´electrodes filaires de diam`etres diff´erents pour ´etablir une d´echarge plus stable par rapport `a une configuration sym´etrique. De plus, il est n´ecessaire d’avoir une barri`ere di´electrique entre les ´electrodes (ici plac´ees dans des rainures), sinon le passage `a l’arc se fait directement entre elles.

70 mm 45 mm 95 mm

15 mm

Ø 2 mm

Ø 1 mm

Fig.2.8 – Repr´esentation sch´ematique de la configuration de deux ´electrodes filaires dans des rainures sur une plaque

En appliquant une haute tension de +38 kV `a l’anode, une d´echarge couronne est ´etablie (photographie pr´esent´ee en figure 2.9). Cette d´echarge peut ˆetre stable, mais d´e-pend beaucoup des param`etres ext´erieurs. En effet, l’anode filaire, de petit diam`etre, doit ˆetre parfaitement rectiligne `a l’int´erieur de la rainure, sinon la d´echarge apparaˆıt forte-ment inhomog`ene et des arcs peuvent s’amorcer aux irr´egularit´es du fil. De plus, apr`es le passage d’un arc, le mat´eriau di´electrique peut ˆetre brˆul´e localement, notamment au niveau des rainures qui pr´esentent des arrˆetes vives. La d´echarge n’est alors plus ´etablie sur la totalit´e de la longueur des ´electrodes mais seulement en quelques points.

Fig. 2.9 – Photographie de la d´echarge couronne ´etablie entre deux ´electrodes filaires dans des rainures sur une plaque plane, `a une tension positive continue de +38 kV

Dans cette configuration, la d´echarge est donc ´etablie sur plusieurs dizaines de cen-tim`etres et peut ˆetre stable en espace et dans le temps, jusqu’`a alt´eration du di´electrique (qui peut ˆetre tr`es rapide si des arcs sont amorc´es).

Configuration ´electrodes filaires dans des rainures sur la surface d’un di´ elec-trique avec anode recouverte d’un isolant

La mˆeme configuration que pr´ec´edemment (figure 2.8), avec l’anode recouverte d’une mince bande d’isolant, a ´et´e mise en oeuvre. Cette bande d’isolant est perc´ee de multiples trous espac´ees de 20 mm. En appliquant une haute tension `a l’anode, une d´echarge peut alors ˆetre ´etablie entre l’anode au niveau des ouvertures et la cathode.

Pour une tension continue positive de +35 kV, les deux ´electrodes sont lumineuses, indiquant ainsi qu’une d´echarge est ´etablie (figure 2.10). Ce r´egime est stable et est ´etabli sur toute la longueur des ´electrodes.

Fig.2.10 – Photographie de la d´echarge ´etablie entre deux ´electrodes filaires, avec l’anode recouverte d’une feuille isolante perc´ee de trous, `a une tension continue de +35 kV

En augmentant la haute tension jusqu’`a +45 kV, des jets de plasma partent des ouvertures sur l’anode, vers la cathode. Un jet de plasma part d’une ouverture et s’´ecarte en arrivant sur la cathode (figure 2.11a). De plus, le jet peut atteindre une hauteur de 25 mm (figure 2.11b). Cependant ce r´egime ne s’´etablit pas pour chaque ouverture, seuls 3 ou 4 jets se d´eveloppent. De plus, des arcs s’amorcent `a plus haute tension.

Cette d´echarge est stable pour une tension limit´ee `a +35 kV, mais est tr`es fluctuante selon l’´etat du mat´eriau di´electrique, l’´etat et la r´egularit´e des ´electrodes dans les rainures et selon les conditions atmosph´eriques (elle ne peut s’amorcer en pr´esence de forts taux d’humidit´e, le passage `a l’arc ´etant quasi-imm´ediat).

Fig.2.11 – Photographies de la d´echarge ´etablie entre deux ´electrodes filaires, avec l’anode recouverte d’une feuille isolante perc´ee de trous, `a une tension continue de +45 kV

Configuration ´electrodes en bandes sur la surface d’un di´electrique

Pour ´eviter le probl`eme r´ecurrent des arcs ´electriques qui endommagent fortement le mat´eriau de la plaque et qui peut ˆetre dangereux pour le mat´eriel, il est n´ecessaire d’avoir une isolation di´electrique entre les ´electrodes.

151 mm 25 mm 37 mm 15 mm 8 mm 25 mm Anode Cathode

Fig.2.12 – Repr´esentation sch´ematique de la configuration de deux ´electrodes en bandes de chaque cˆot´e du bord d’attaque arrondi d’une plaque

Ainsi, une nouvelle configuration a ´et´e d´evelopp´ee. Les ´electrodes sont des fines bandes de cuivre adh´esives (35 µm d’´epaisseur), de 175 mm de longueur et 25 mm de largeur. Cette configuration est pr´esent´ee en figures 2.12 et 2.13.

Une d´echarge lumineuse et stable dans le temps (pouvant durer plusieurs heures et `a r´ep´etition) est ´etablie en appliquant une tension d’environ +40 kV `a l’anode (figure 2.14). Cette d´echarge est ´etablie sur tout l’espace inter-´electrode avec un courant de d´echarge de 0.21 mA (c’est-`a-dire le courant par unit´e de longueur d’´electrode est 1.2 mA/m). Cette

Fig. 2.13 – Photographies de la plaque ´equip´ee d’´electrodes en bandes de cuivre

valeur est approximativement la mˆeme que celle raport´ee par Labergue et al. (2005), L´eger (2003) et Artana et al. (2002). La puissance de la d´echarge est de l’ordre de 80 mW/cm2

. Cette configuration permet d’obtenir une d´echarge couronne continue r´epondant aux diff´erents crit`eres ´enonc´es pr´ec´edemment pour pouvoir l’utiliser afin de modifier un ´ecoulement a´erodynamique. Dans la suite des travaux sur la d´echarge couronne, c’est cette configuration qui a ´et´e utilis´ee.

Bord d’attaque

Cathode

Fig. 2.14 – Photographie de la d´echarge ´etablie entre deux ´electrodes en bandes (vue de dessus), `a une tension continue de +44 kV et une intensit´e de d´echarge de 1.2 mA/m