Les mesures expérimentales d’émission électronique La littérature donne accès à un grand nombre de valeurs expérimentales sur l’émission

électronique. Cependant, celles-ci sont pour leur grande majorité réalisées à haute énergie (E0> 1 keV). Or les données expérimentales nécessaires pour valider un modèle d’émission électronique adapté à la simulation de l’interaction plasma-paroi dans les propulseurs à courants de Hall, doivent être réalisées à basse énergie incidente (E0< 500 eV) et sont difficiles à obtenir. En effet les mesures deviennent particulièrement sensibles à basse énergie et dépendent fortement des conditions expérimentales (état de surface, configuration électromagnétique, propreté de l’échantillon, etc.). De plus, elles doivent être réalisées sur des matériaux représentatifs des parois de propulseur (SiO₂ et BN) qui sont des matériaux diélectriques. Or leur caractère diélectrique rend difficile les mesures d’émission électronique. D’autre part, un modèle d’émission électronique adapté à la modélisation de l’interaction plasma-paroi dans les propulseurs à courants de Hall doit être validé par des données expérimentales où un grand nombre de paramètres varient (énergie incidente, angle d’incidence, angle d’émission, température de paroi, composition chimique de l’échantillon, état de surface, etc.). Enfin, la littérature s’est essentiellement concentrée sur la mesure du rendement en émission électronique total. Il est donc difficile de trouver des mesures sur la distribution énergétique ou angulaire des électrons émis, ou encore, sur le rendement en rétrodiffusion élastiques.

La distribution angulaire des électrons rétrodiffusés inélastiques n’a pas été traitée ici. En effet, il n’existe pas dans la littérature de modèle analytique permettant de décrire cette grandeur. Dans la suite de ces travaux, la rétrodiffusion inélastique ne sera pas modélisée mais sera compensée par une majoration de la rétrodiffusion élastique et de l’émission électronique secondaire comme cela est présenté dans le chapitre4.

2.3.1. Les mesures de rendements en émission

La mesure du rendement total en émission électronique est la donnée expérimentale la plus largement traitée dans la littérature. La mesure de rendement en rétrodiffusion élastique est la deuxième mesure la plus courante. Les mesures de rendement en rétrodiffusion inélastiques et de rendement en émission électronique secondaire ne sont que peu ou pas traitées. Cela est dû à la difficulté de mesurer ces grandeurs qui sont difficiles à distinguer l’une de l’autre. En effet, contrairement aux électrons rétrodiffusés élastiques qui sont monoénergétiques avec une énergie égale l’énergie incidente E0, les secondaires et rétrodiffusés inélastiques présentent des distributions énergétiques étalées et qui se superposent.

Rendement total en émission électronique

En comparaison avec les autres grandeurs caractéristiques de l’émission électronique, le rendement total en émission électronique (TEEY) est une mesure simple à réaliser, il existe donc une grande quantité de données disponibles qui montrent la dépendance de cette grandeur à différents paramètres physiques tels que l’angle d’incidence, le matériau de surface, la température de paroi, le courant incident, etc.

Influence de l’angle d’incidence Il est montré expérimentalement que le rendement en émission électronique totale augmente avec l’angle d’incidence [60]. En effet, avec un angle d’incidence rasant, les électrons secondaires générés dans le matériau ainsi que les électrons rétrodiffusés restent plus proches de la surface. Par conséquent, ils ont plus de chance d’être réémis dans le vide que s’ils s’étaient trouvé en profondeur dans le matériau.

Influence de la température L’influence de la température de paroi sur l’émission électronique est un sujet qui a été traité expérimentalement [14] et théoriquement [61] dans la littérature. Ce thème est particulièrement important pour les propulseurs à courant de Hall où la température de paroi peut atteindre 650◦C [38]. La littérature permet d’identifier deux phénomènes distincts de la température sur l’émission électronique: un phénomène réduisant faiblement le rendement total en émission électronique, et un phénomène indirect prédominant pouvant augmenter ou diminuer l’émission électronique selon le cas. Le premier phénomène est l’excitation des phonons du réseau cristallin. L’excitation des phonons augmente les interactions entre le matériau et les électrons secondaires ce qui limite leur émission. Comme l’ont montré Belhaj et al. [14], ce phénomène a cependant une influence limitée. L’impact principal de la température sur l’émission électronique est liée à la propreté du matériau impacté. En effet, l’émission électronique dépend de la composition chimique des premiers nanomètres d’épaisseur du matériau impacté qui est souvent contaminé par des éléments chimiques de l’environnement (eau, oxygène, composés carbonnés, etc.). En augmentant la température de paroi, une partie des contaminants est désorbée ce qui modifie significativement le rendement total en émission électronique.

Influence du courant incident Belhaj et al. ont mis en évidence un phénomène de saturation de l’émission électronique avec l’augmentation du flux incident d’électrons (cf. Figure2.27, p.75) [14].

2.3.2. Exemples de distributions en énergie des électrons émis

La figure3.13montre le TEEY pour trois matériaux testés (SiO2, graphite et argent) à très basse énergie. Les mesures de TEEY de l’argent et du graphite sont issues de [15]. Les mesures de SiO2 sont issues [62]. On peut noter que ces trois courbes croissent sur la gamme d’énergie incidente considérée. Cependant, on pourra noter que le TEEY augmente plus fortement pour le SiO₂ que pour l’argent ou le graphite. En effet, il a été montré que le TEEY des matériaux

Figure 2.26. – Mesure du TEEY sur un diamant polycristallin déposé par dépôt chimique en phase vapeur [14]. Influence de la température du matériau impacté.

[13].

Figure 2.27. – Mesure du TEEY sur un diamant polycristallin déposé par dépôt chimique en phase vapeur [14]. Influence du courant incident.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.5 1 1.5