Influence de l’écoulement sur les caractéristiques des décharges volumiques

6.3.1.1 Influence de l’écoulement sur les décharges volumiques DC

F. Lindvall fut en 1935 [91] le premier à caractériser l’influence de l’écoulement sur les

caractéristiques de la décharge volumique de type DC. Il a montré qu’en condition d’écoulement,

une chute de tension a lieu aux bornes de la micro-décharge de type glow générée en configuration pointe-pointe (Figure II-68-A). Il est démontré que cette chute de tension augmente

107 En 1947, W. Fucks [88] pour une configuration pointe-pointe et R. Mettler en 1949 [86] pour une configuration plan-plan, ont poursuivi les travaux de Lindvall. Ils ont montré que la variation du

courant de décharge ou de la densité de charge constitue le paramètre principal qui est à l’origine de la chute de tension aux bornes de l’électrode. Ils développèrent ensuite une théorie sur l’influence de l’écoulement sur les charges électriques durant la décharge. Mettler [86] démontra qu’au lieu de suivre les lignes du champ électrique, la trajectoire des ions durant leur dérive d’une électrode à l’autre, est impactée par l’écoulement (Figure II-69). Les ions subissent une force d’entrainement qui, pour une vitesse suffisante, entraine leur dérive au-delà de l’espace inter-

électrode. Ainsi la quantité de charges collectées à la cathode diminue avec la vitesse de

l’écoulement. Par conséquent, la tension aux bornes des électrodes augmente afin de maintenir ce

courant de décharge constant. Cette théorie sur la convection des charges a d’ailleurs été confortée par Wener en 1953 [92] et par Barto en 1976 [93]. Les travaux de ce dernier ont confirmé l’influence de l’écoulement sur la convection des charges présentes dans l’espace inter- électrode par imagerie, suivant une configuration en pointe-plan [93].

(A)

(B)

Figure II-68: Image de la configuration de décharge volumique de type pointe-pointe utilisée par Lindvall (A) et de la courbe de variation de la chute de tension (en V) aux bornes de la décharge DC en

fonction de la vitesse de l’écoulement B [91]

Figure II-69: Illustration de la trajectoire théorique des ions sous l’influence de l’écoulement proposé par Mettler [86]

108 Bien que ces décharges volumiques de type DC aient démontré leur sensibilité vis-à-vis de la

vitesse de l’écoulement, elles présentent quelques limites. En effet, l’augmentation de la tension aux bornes des électrodes entraine souvent des passages à l’arc causant l’endommagement des

électrodes de la décharge utilisée. De plus, Lindvall [91] et Mettler [86] ont révélé une mauvaise

reproductibilité des mesures à cause de l’instabilité des décharges DC de type volumique. δes

recherches concernant les décharges électriques de type DC ont ainsi été délaissées au profit de celles utilisant les décharges de type AC dont les régimes de décharge sont plus stables, reproductibles, et nettement moins sensibles aux variables environnementales (pression, température, humidité par exemple).

6.3.1.2 Influence de l’écoulement sur les décharges volumiques AC

En 1954, T. Vrebalovich [87] a effectué une étude comparative concernant l’influence de

l’écoulement sur la décharge volumique de type DC et sur celle de type AC. Il a montré que la

décharge de type DC reste la plus sensible pour les écoulements de faible vitesse (< 10 m/s)

tandis que les décharges de type AC sont plus sensibles à l’écoulement sur les régimes

subsoniques à fortes vitesses, voire en conditions supersoniques. De plus, l’usure des électrodes est moins importante pour les décharges de type AC. Il a par ailleurs révélé que la décharge

volumique AC est sensible à l’écoulement sur une bande passante de 700 kHz tandis que pour les

décharges DC, cette bande passante est limitée à 50 kHz. Vrebalovich a ensuite démontré que les

variations électriques induites par l’écoulement sur la décharge placée à différentes positions au

niveau de la couche limite suivant l’axe « y », sont comparables à la variation de la vitesse de

l’écoulement à la paroi (Figure II-70). Ces résultats l’amènent donc à qualifier cette décharge

« d’anémomètre à décharge glow » comme les auteurs [91], [86] avant lui. Cela dit, bien que les résultats sont intéressants et précurseurs, on peut noter qu’aucun anémomètre de ce type n’est utilisé en pratique.

(A)

109

6.3.1.3

Influence de l’écoulement sur les décharges volumiques de type ︡RP

δ’utilisation de décharge de type NRP pour le contrôle d’écoulement ou l’amélioration de procédés industriels est beaucoup plus récent. Il en résulte un faible nombre d’études s’intéressant à l’influence d’un écoulement sur ces décharges pulsées. On trouve cependant

quelques références éparses à ce propos. On peut noter notamment les travaux de Pai et al. en 2010 [94] qui ont montré que la vitesse de l’écoulement influence la physique de la décharge de type NRP en configuration pointe-pointe dans le cadre d’applications en lien avec la combustion.

Ces travaux ont montré qu’en condition d’écoulement (U = 1.6 m/s), les tensions seuils liées au

changement de régimes de la décharge sont impactées. Par exemple, il est démontré que

l’écoulement favorise ou retarde la transition du régime de la décharge couronne vers le régime diffus ou d’arc [94]. Des travaux similaires récemment effectués par Heitz et al. [95] ont révélé que la morphologie de la décharge établie suivant une configuration pointe-cylindre est impactée

par la vitesse de l’écoulement (Figure II-71). Dans ces travaux, on observe qu’en absence d’écoulement, la décharge de nature filamentaire devient diffuse lorsqu’on augmente la vitesse à

1.42 m/s. Ces deux études démontrent que les propriétés physiques de la décharge sont impactées

par la présence d’un écoulement, y compris lorsque celui-ci présente de faibles vitesses

moyennes. Comparativement aux décharges de type DC ou AC, il semblerait que la sensibilité

des décharges de type NRP à la présence d’un écoulement soit plus élevée. Cette information

laisse à penser que ces décharges seraient plus adaptées pour une utilisation en tant que système de mesure d’un écoulement local.

(A) U= 0 m/s (B) U= 1,42 m/s

Figure II-71: Morphologie de la décharge NRP générée par une décharge en configuration pointe- cylindre avec VP = 12.46 kV et f = kHz, dans des conditions où l’écoulement est radial au cylindre avec

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