Quelques exemples de capteur plasma

δ’utilisation de décharge plasma en tant que capteur de vitesse d’un écoulement laminaire ou turbulent est relativement ancienne, puisque dès 193η, en étudiant l’influence d’un écoulement

sur les modifications de tension imposées aux bornes d’une décharge volumique, δindvall [91] a pu mettre en place le précurseur d’un anémomètre plasma sur la base d’une décharge DC (voir Figure II-68). δaissé dans l’oubli pendant 70 ans, ce n’est que récemment (200θ) qu’une équipe

113 décharges électriques en tant que capteur de vitesse (Brevet US 7275013 [89]). Contrairement à Lindvall, ces capteurs de vitesse (encore au stade de développement) sont basés sur des décharges volumiques de type AC. Quelques informations sur le fonctionnement du capteur sont répertoriées dans les références [90], [101], [102]. Le capteur a été notamment validé sur des mesures de vitesse dans le sillage d’un cylindre. δes variations des paramètres électriques aux bornes de la décharge volumique AC, en configuration plan-plan, permettent d’accéder aux vitesses moyennes du sillage (Figure II-74). δa comparaison avec un système usuel tel qu’un fil chaud permet de valider en partie ce nouveau système de mesure par plasma. En partie seulement car comme le montre la Figure II-74, des difficultés de mesure sont observées dès lors que de forts gradients de vitesse se développent.

δ’influence d’un écoulement sur une décharge NRP de surface reste particulièrement méconnue. On peut cependant relever l’étude menée par Kim et Kim en 2011 [100], étude qui concerne l’influence d’un écoulement d’hélium sur une décharge de surface. Les résultats indiquent que le

courant moyen augmente avec la vitesse (Figure II-75), l’augmentation du courant étant en lien

avec la fréquence d’excitation de la tension AC. δa sensibilité de la décharge en fonction de la vitesse du gaz d’hélium est d’autant plus forte que la fréquence d’alimentation est élevée.

(B)

Figure II-74 : Mesure de la vitesse d’un écoulement derrière un cylindre par anémomètre plasma à U = 80 m/s [90]

114

6.5 Conclusion

Cette synthèse bibliographique s’est intéressée à l’influence d’un écoulement gazeux sur les caractéristiques des décharges électriques. Elle montre que les décharges de type volumique sont

les plus étudiées en fonction des conditions d’écoulement. On trouve un certain nombre de

travaux relatifs à l’influence d’un écoulement sur une décharge de type surfacique, mais ces

travaux se limitent à vérifier l’opérabilité de la décharge, ainsi qu’à calculer les modifications en

terme de consommation électrique. Toujours est-il que l’ensemble de ces travaux montrent clairement que la présence d’un écoulement peut modifier les caractéristiques électriques de la décharge. δ’explication la plus souvent avancée est en lien avec une modification de la trajectoire des espèces ionisées ou avec une transition du régime de décharge.

δ’influence d’un écoulement étant nette, quelques groupes de recherche ont cherché à mettre en place un système de mesure quantitatif de la vitesse d’un fluide à partir notamment de décharge volumique. δes avancées dans ce domaine restent limitées du fait d’un nombre restreint d’études. En particulier, l’étude bibliographique sur les décharges de surface en tant que capteur montre

que ce sujet reste inexploré pour les décharges de surface AC et est totalement vierge concernant

l’utilisation de décharges de type NRP, qui pourtant semblent particulièrement sensibles aux conditions d’écoulement.

δa présente étude bibliographique pose les bases pour la définition d’un nouveau type de capteur

de paroi. Puisqu’il semble que l’écoulement influence tout particulièrement la vitesse de dérive des espèces ionisées, la géométrie proposée dans la suite de nos travaux incorpore une troisième

Figure II-75_{: Variation du courant de décharge en fonction du débit d’hélium dans un canal proposé par} Kim et Kim [100] en suivant une configuration où les deux électrodes planes sont encapsulées dans un

115

électrode en regard de l’électrode de haute tension pulsée, de façon à pouvoir « collecter » ces

charges, et établir un lien entre le courant mesuré et la vitesse locale du fluide au niveau de la

région d’interaction entre le fluide et le plasma. Il s’agit donc de définir un nouveau type de

capteur venant compléter les méthodes traditionnelles de mesure de vitesse en mécanique des fluides et permettant une mesure locale en proche paroi.

117

Chapitre 7 :

Différentes géométries de décharge,

montage expérimental et

118

7

Différentes géométries de décharge, montage

expérimental et caractéristiques de l’écoulement

7.1 Introduction

Ce chapitre présente les différentes décharges électriques qui ont été développées au sein de

l’équipe de recherche ainsi que leur caractérisation en condition d’écoulement. δ’objectif est de déterminer leur sensibilité aux conditions d’écoulement, avec des possibilités d’utilisation en tant que capteur. δ’étude s’appuie sur les décharges électriques établies à la surface de la paroi. Deux

types de configurations ont été étudiées : une première permettant de générer une décharge glissante SL-DBD de type nanoseconde pulsée et une deuxième basée sur une décharge couronne DC. Pour chacune de ces configurations, nous exposerons les critères qui régissent le choix de leur géométrie.

Nous décrirons ensuite les différents montages mis en place pour caractériser l’influence de

l’écoulement sur les différentes décharges. Tout d’abord, nous présenterons les différents

systèmes électriques qui nous ont permis de générer le plasma à la surface de la paroi, puis le

montage aérodynamique permettant d’étudier ces décharges en condition d’écoulement dans une veine d’essai de soufflerie. Nous nous focaliserons ensuite sur l’état de l’écoulement généré dans la veine d’essai afin de déterminer ses propriétés et ses grandeurs caractéristiques. Ces grandeurs

qui seront déduites des profils de vitesse mesurés par la technique « LDV » vont préalablement nous renseigner sur la variation de la vitesse à la paroi et du coefficient de frottement pariétal. Pour terminer ce chapitre, nous présenterons les différents protocoles expérimentaux que nous avons mis en place pour caractériser les différentes décharges en fonction de la vitesse de

l’écoulement.