La Figure IV-2 présente l’évolution temporelle de la tension (sinusoïdale) et du courant (capacitif et impulsionnel) à l’échelle de quelques périodes.
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Chaque filament engendre une impulsion de courant dans le circuit extérieur de mesure. Ce courant représente une image du flux de charge (ions et électrons) dans chaque filament. En raison de la mobilité 1000 fois plus grande des électrons comparée à celles des ions, le courant mesuré est principalement un courant électronique ainsi, le calcul de l’intégrale à partir des mesures représente le nombre d’électrons créés pendant le développement de chaque filament de plasma. Comme dans le cas des DBD planaires (cf. §I.2.4.1), le courant se compose d’un courant capacitif auquel s’additionne les courants de chaque impulsion. La décharge se présente sous la forme de filaments identiques se produisant en sens inverse alternativement d’une demi-période à l’autre et à la même position du fait de la polarisation des surfaces. Il faut toutefois noter que la répartition spatiale des filaments peut fluctuer dans le temps malgré la présence des dépôts de charge.
Le principal intérêt des DBD, reproduit sur les 20 systèmes étudiés, est d’éviter le passage à l’arc. En outre, les DBD permettent de réduire la tension minimale de fonctionnement de la décharge grâce au champ de polarisation produit par les charges déposées sur les surfaces diélectriques. Cela se traduit par :
1 : la présence d’une hystérésis de la caractéristique courant-tension avec une tension « crête-à-crête » d’extinction de la décharge sur des surfaces polarisées inférieure à la tension « crête-à-crête » de premier allumage sur des diélectriques vierges de charge pourtant toutes les deux relatives au même champ seuil de décharge dans cet espace inter-diélectriques (cf. Figure IV-3).
2 : une diminution avec la tension « crête-à-crête » de la tension instantanée d’allumage du premier filament de la demi-période positive (Figure IV-4) et une augmentation avec la tension « crête-à-crête » de la tension instantanée d’allumage du premier filament de la demi-période négative.
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Figure IV-3 : cycle d'hystérésis de la DBD
S’il n’y a pas de charge déposée sur les surfaces diélectriques, la mesure du courant instantané ne comprend que le courant capacitif tant que la tension « crête-à-crête » est inférieure à la tension de 1er allumage (Ucc1er allumage), c'est-à-dire la tension pour laquelle la décharge s’allume. Lorsque la tension est supérieure à la tension d’allumage, les décharges filamentaires se développent. Le temps pour déclencher la décharge dépend alors de la probabilité de présence d’électrons libres dans le gaz et de l’écart à la tension de 1er allumage (Berger, 1980). Parmi la centaine d’électrons par cm3 produits par la radioactivité naturelle, seule une fraction rencontre les conditions de champ électrique et de distance parcourue suffisant pour déclencher une avalanche électronique à l’origine d’un streamer.
Lorsque la décharge est allumée, le nombre de filaments par demi-période augmente avec la tension (cf. I.2.4) entrainant une augmentation de la puissance (cf. §IV.4.1) et du courant de décharge ¸é # " = 2. ' . "#$/Á . Å # Í
p. (cf. §IV.5).
La présence des charges sur les surfaces diélectriques permet de déclencher les filaments tant que le champ électrique total est supérieur au champ seuil de déclenchement d’un filament (cf. §I.2.2.2). Ainsi, la tension d’extinction de la décharge est inférieure à celle du 1er allumage. Il existe donc une plage de tension où la décharge peut-être soit allumée soit éteinte selon l’état de polarisation des diélectriques (cf. Figure IV-3 Uccextinction < Ucc <Ucc1er allumage
).
Ce contrôle du champ par la polarisation des surfaces entraine que la tension du premier filament de la demi-période dépend de la tension crête-à-crête appliquée. Cela est illustré
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pour des électrodes de 3 cm de longueur perpendiculaires au flux de gaz, une distance inter-diélectriques de 1 mm et un débit de 4 L.min-1 sur la Figure IV-4.
En raison de la symétrie du système, la courbe pour les tensions des demi-périodes négatives est symétrique par rapport à l’axedes ordonnées de celle présentée.
Figure IV-4 : U1er filament des demi-périodes positives selon Ucc
Lorsque la tension Ucc augmente, la tension instantanée du premier filament de la demi-période positive/négative diminue/augmente au point de changer de signe (cf. Figure IV-4). La tension « crête-à-crête » contrôle au premier ordre la quantité de charges transférées par demi-période (cf. § I.2.4.2 et cf. § IV.5). A tension « crête-à-crête » croissante, le nombre de charges déposées par demi-période sur chaque diélectrique augmente. Ainsi, le champ engendré par ces charges surfaciques augmente. Le déclenchement de la décharge est contrôlé par le champ électrique total (Etot) qui est la somme de trois champs électriques :
- le champ de Laplace (EL) produit par les électrodes polarisées,
- le champ de polarisation (Eσ) produit par les charges déposées en surface et qui dépend de la durée de dépolarisation des surfaces contrôlée par la fréquence et la résistivité de surface (relative à la nature du diélectrique, l’humidité relative et la température de surface)
- le champ de charge d’espace (Eρ) produit par les charges en volume. Ce champ est très intense pendant le développement du filament (c’est grâce à Eρ que le streamer se propage) mais est considéré comme négligeable en dehors.
Si Eσ augmente, EL (et donc la tension appliquée) nécessaire pour atteindre le champ seuil de décharge diminue dans la demi-alternance suivante.
Les propriétés des DBD caractérisées ici sont similaires à celles « plan-plan» car ces propriétés sont dans les deux configurations contrôlées par le champ réduit E/ngaz .
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Les résultats sur la quantité de charge par filament sont détaillés au paragraphe IV.6.1 pour la géométrie filaire de DBD retenue pour l’étude.