Décharge Déclenchée
5.2. Paramètres de la décharge déclenchée
Il faut maintenant vérifier que la décharge déclenchée peut être comparée à une décharge normale. La figure 32 montre des images intégrées des filaments issus la décharge déclenchée (a, b) et normale (c, d).
Figure 32: Images intégrées de la décharge déclenchée: (a): 30,7 nC ; (b) : 73 nC et de la dé charge normale :
(c) : 9,7 nC ; (d) : 15,8 nC . Caméra : portes de 10 µs (a et b) et 100 µs (c et d).
Tout comme nous l’avions décrit au chapitre III, les filaments du mélange N295 sont plus tortueux,
plus lumineux et semblent moins branchés que ceux obtenus dans l’air. Nous pouvons aussi voir que sur une électrode plus réduite telle que celle-ci, les filaments ont tendance à se répartir sur tout le périmètre, comme sur l’image d.
Nous allons à présent comparer les caractéristiques des deux types de filaments.
5.2.1 Charge par filament
Le décompte des filaments apporte le même résultat que dans les deux cas précédents : la charge par filament n’est pas influencée par le nanopulse de tension.
c
d
a
b
a
b
c
Décharge Normale
Décharge Déclenchée
Q = 30,7 nC
Q = 73 nC
Q = 9,7 nC
Q = 15,8 nC
0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Q (nC) N
Figure 33: Charge transférée en fonction du nombre de filaments pour la décharge déclenchée (en rouge) et
normale (en noir).
La pente obtenue sur la figure 33 permet d’estimer une charge de 1,2 nC par filament, résultat devenu familier. Nous allons par contre nous apercevoir qu’il en va autrement de la longueur des filaments.
5.2.2 Longueur des filaments
La figure 34 (a) montre, en noir, la longueur moyenne des filaments normaux en fonction du temps de la période. Le point rouge représente la longueur moyenne atteinte par les filaments déclenchés.
2 3 4 6 8 10 Lmoy (mm) t (ms) a 4 6 8 10 6 8 10 Lmo y (mm) Ua (kV) b
Figure 34: Longueur moyenne des filaments déclenchés (en rouge) et normaux (en noir) en fonction du temps
(a) et de la tension appliqué (b).
Pour un même instant, la longueur des filaments déclenchés est supérieure à celle des filaments normaux. Cette fois ci, on voit clairement une influence du nanopulse de tension !
Nous avons donc tracé les longueurs en fonction de la tension appliquée (figure 34(b)). Pour la décharge déclenchée, il s’agit donc de la somme du nanopulse et de la tension sinusoïdale à t = 3 ms. Et effectivement, nous voyons que les points sont rassemblés sur la même courbe.
Dans le cas d’un mélange à 5% d’oxygène, il y a donc une influence du nanopulse de tension additionnel sur la longueur de la décharge. Notons que cette longueur reste proportionnelle à la tension
tensions de claquage sont différentes entre les deux mélanges. Dans l’air l’incrément de 925 V permet d’amorcer les filaments à partir des charges entourant l’électrode mais est trop faible pour amorcer avec les charges plus éloignées. En diminuant la quantité d’oxygène, on diminue l’incrément de tension nécessaire à aller chercher des charges à une plus grande distance de l’électrode. Avec 925 V supplémentaires, la décharge peut donc amorcer plus loin.
5.3. Images de la propagation
La propagation des filaments est décrite selon les mêmes pas de temps que dans l’air.
Figure 35: Images de la propagation. (a) : t = 2 ns et Q = 46,4 nC, (b) : t = 6 ns Q = 48 nC, (c) : t = 12 ns, Q =
45,2 nC, (d) : t = 22 ns, Q = 51,9 nC. Caméra : porte 1 ns.
Les têtes des streamers sont bien visibles car la décharge est plus lumineuse quand on raréfie l’oxygène. La décharge amorce sur le bord de l’électrode puis s’étale sur le diélectrique. Nous retrouvons les formes de sillage : ici aussi, certains streamers semblent être en avance sur les autres. Nous allons donc pouvoir appliquer les méthodes vues précédemment, et bien sur calculer la vitesse de propagation.
5.4. Vitesse de propagation
L’évolution de la distance parcourue par les streamers en fonction du temps est tracée sur la figure 36. A t = 1 ns, les points de la courbe donnent une vitesse v0 de 2,50 ± 1,67 x 108 cm/s. Ces
valeurs sont similaires à celles trouvées dans l’air. Par contre, on ne voit pas de changement de pente se dégager de la courbe 36. La distance croît linéairement avec le temps, suivant une vitesse de 2,1 ± 02 x 107 cm/s. Cette valeur est légèrement inférieure aux v
1 mesurées dans l’air.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
L
(t)
(
m
m
)
a b c d aa bb c dt = 2 ns
t = 6 ns
t = 12 ns
t = 22 ns
Q = 46,4 nC Q = 48 nC Q = 45,2 nC Q = 51,9 nCCe résultat présente quelques similarités avec les comportements reportés très récemment par Briels et al [Biels 08a]. Leurs mesures portent sur la propagations de streamers dans un gap de 16 cm entre une pointe portée à un potentiel positif et un plan métallique. Les vitesses de propagation sont mesurées dans l’air et dans N2. Dans l’air, la vitesse décroît de 107 cm/s à la pointe jusqu’à 6x106 cm/s
dans le gap. Dans N2, la vitesse est plus faible : 2x106 cm/s et ne devient sensible à la position par
rapport à la pointe que pour les fortes tensions.
Une étude menée par Yi et al, dans la même lignée, porte sur l’influence de l’oxygène sur la propagation des streamers. La teneur en oxygène varie de 0 à 10 %. Les résultats montrent que la vitesse de propagation augmente avec la concentration en O2 : Lorsque [O2] augmente, le taux de
photoionisation augmente aussi. Par contre, la longueur sur laquelle l’absorption se fait diminue. Ainsi la vitesse atteint une valeur de saturation vers 10 % d’oxygène [Yi 02] .
Avec notre mélange à 5% d’oxygène, nous sommes proches de la saturation. Néanmoins, nous avons vu que l’on pouvait noter une diminution d’un facteur 2 par rapport à l’air. Il serait évidemment très intéressant de faire par la suite des mesures pour des teneurs bien plus faibles en O2,
et dans N2 pur.
5.5. Synchronisme
Sur les images, les streamers se propagent simultanément. Nous avons mentionné qu’il existe encore des décalages spatiaux entre les streamers. Nous allons donc estimer le retard séparant les premiers streamers des suivants.
5.5.1 Etude par la distance
Les images montrent que tout comme dans l’air, les streamers sont décalés. On peut le voir très nettement sur les photos suivantes :
Figure 37: Images de la propagation où le décalage est bien visible. (a) : t = 1 ns, Q = 39,5 nC ; (b) : t = 3 ns, Q
= 42,3 nC ; (c) : t = 6 ns, Q = 48 nC.
Le décalage moyen mesuré entre deux têtes voisines est de 1,89 mm. En utilisant la vitesse v1,
on trouve un décalage d’environ 1 ns. Nous n’avons pas trouvé dans les données d’image où le décalage est plus grand. Pour confirmer cette tendance, complétons les résultats avec la méthode des charges transférées.
a
b
c
a
b
c
t = 1 ns
t = 3 ns
t = 6 ns
5.5.2 Etude par la charge transférée
Les images ci-dessous correspondent à des exemples où la totalité des streamers n’a pas encore amorcé.
Figure 38: Images de la propagation pour lesquelles l’amorçage est inachevé. (a) : t = 1 ns et Q = 32,7 nC ; (b) :
t = 2 ns et Q = 41 nC ; (c) : t = 3 ns et Q = 24,5 nC. Caméra : portes de 1 ns.
Nous avons trouvé des images où l’amorçage est inachevé jusqu’à t = 3 ns. A t = 6 ns, nous n’avons pas pu trouver d’images où c’est le cas. Il faut bien sûr se rappeler qu’on ne prend que dix acquisitions par pas de temps, ceci n’est donc représentatif que dans une certaine limite.
Cependant, les résultats apportés par les deux méthodes convergent et suggèrent que la synchronisation est plus rapide lorsque l’on diminue la teneur en oxygène du gaz. Ceci ne constitue évidemment qu’une première approche du problème. Pour se concentrer sur ce point précis, il faudrait recommencer les mesures en ciblant les 10 premières nanosecondes de la propagation, et multiplier les acquisitions. Il serait aussi très intéressant de faire varier la concentration en oxygène plus progressivement, et ainsi de voir son impact à la fois sur les temps de synchronisation et sur la vitesse de propagation.