Spectres de la première et de la seconde phase

Le paragraphe suivant est dédié à l’étude du spectre de la lumière émise par le micro-plasma. Dans un premier temps, nous relevons des spectres dans la gamme de longueur d’onde = [ ; ], typiques de la phase diffuse à < et de la phase contractée à > . Ils ont été intégrés sur l’ensemble de l’espace inter-électrodes afin de récupérer le maximum de signal en utilisant notre plus petite fenêtre temporelle de . Ces spectres sont affichés sur la figure 48 à = , et sur la figure 49 à = , ; ils sont respectivement représentatifs de la première et deuxième phase.

Figure 48: Spectre large bande de la décharge NRP micro-plasma avec = et = pour = , .

Durant la première phase, le spectre semble en accord avec ce qui est attendu de ce type de décharge dans l’air à pression atmosphérique : l’émission des bandes ro-vibrationnelles

→ et de + → . Le premier système positif → est présent, mais il n’est presque pas visible. Enfin, les raies atomiques de et émettent dans le proche infra- rouge respectivement à et à . La densité électronique utilisant l’effet Stark de ces raies sera présentée dans la section 4.4.1. Le profil particulier des raies émises par ces espèces, plus accentué sur la figure 48, sera expliqué dans la section 4.4.2. Les raies sont superposées à un fond continu qui n’est pas très lumineux dans cette phase.

Dans la seconde phase sur la figure 49, l’émission des molécules a complètement disparu à = . On y observe seulement l’émission d’espèces ioniques telles que + _et + _et

d’atomes comme , et faiblement . Un fond continu beaucoup plus intense que dans la première phase est superposé aux raies.

La figure 50 nous présente le spectre résolu en temps en utilisant des raies pour ∈ [ ; ] comme explicité dans la section 3.3.1. En premier, l’intensité des bandes → et + → augmente à cause de l’excitation et de la ionisation de

Figure 49: Spectre large bande de la décharge NRP micro-plasma avec = et = pour = .

Figure 50: Évolution de l’émission durant les deux premières phases dans le cas = et

= : le FNS de +, le SPS de et l’intensité de + superposée à un fond continu. L’intensité est donnée pour deux positions : les traits pleins avec étoiles pour le milieu du gap et les

traits pointillés avec des points pour une position très proche de la cathode. Les temps de décroissances sont indiqués.

suite aux impacts électroniques consécutifs à l’augmentation de la tension. Ces bandes atteignent un maximum à = , c’est-à-dire à la fin de la première phase. L’émission de ces bandes est synchronisée au milieu ( = ) et à la cathode ( = ). Néanmoins, l’émission de + _{→ est plus intense que celle de → au voisinage de la}

cathode. Il semble que des réactions avec des électrons plus énergétiques aux abords de la cathode optimisent l’ionisation par rapport à l’excitation électronique. Cet aspect de la décharge sera mis en évidence dans la section 4.3.1 sur la mesure du champ électrique.

A ≈ , nous voyons l’apparition de l’émission continue qui n’est pas synchronisée sur tout le gap car elle survient une nanoseconde plus tard, au centre du gap. Enfin dans un troisième temps, la décroissance du SPS et du FNS est accompagnée par l’émission de raies d’ions atomiques + _et +_{. Malgré la désynchronisation de ces phénomènes dans les}

différents points du micro-plasma, les taux de décroissance restent similaires. Les réactions chimiques expliquant ces taux de décroissance ont été détaillées dans la section 3.3.5 traitant de la mesure du champ électrique avec l’émission de + _{→ et → . Lors de la}

chute du champ électrique, les réactions prédominantes sont les réactions de désexcitation collisionnelle.

Dans le cas d’une étincelle NRP, Rusterholtz et al. [20] utilisent la décroissance de l’émission de → en prenant en compte les mêmes réactions que nous, afin de déterminer le coefficient de désexcitation par collisions. Nous avons présenté dans le tableau 3.3.5 les valeurs typiques de ces coefficients qui sont plus importants pour + , = que pour , = alors que la décroissance de l’intensité de + _{→ est plus lente que celle}

de → . Cela indique que la densité d’au moins une de ces espèces n’est pas dominée par la désexcitation collisionnelle.

Ce phénomène est bien connu, et observé lorsque les coefficients de désexcitation de

+ _{, = sont mesurés en utilisant l’émission de la décharge par une excitation}

pulsée [145] ou par fluorescence induite par laser [147]. Les auteurs de [147] expliquent que la cascade énergétique des niveaux supérieurs de + , = tendent à réalimenter cet état ; cela se manifeste par une décroissance plus lente de l’intensité de la bande vibrationnelle de

+ _{→ . Dans notre cas, nous observons également que la phase filamentaire est}

accompagnée d’une production d’ions +_{. Nous ne connaissons pas le mécanisme}

responsable de sa création, mais il est possible qu’il puisse également repeupler l’état

+ _{, = .}

En ce qui concerne le décalage entre les courbes proches de la cathode ( = et dans le milieu du gap ( = ), nous pourrions l’expliquer par un écrantage du champ électrique qui n’est pas uniforme dans l’espace inter-électrodes. Ce dernier point sera abordé dans la section 4.4.2.

 émission homogène et synchronisée sur tout l’espace inter-électrodes avec un champ plus élevé à la cathode : le spectre indique qu’il s’agit de l’excitation et l’ionisation de l’azote ;

 apparition d’un point lumineux sur la cathode à = correspondant à un

continuum ;

 décroissance du SPS et FNS avec émission de + _{désynchronisée : premièrement à la}

cathode puis dans le reste du gap.

Les spectres d’émission des deux phases sont complètement différents : ils ne permettent pas d’utiliser les mêmes diagnostics. Nous allons donc nous intéresser au champ électrique réduit ⁄ dans la première phase et à la densité électronique dans la phase filamentaire. A la fin de la phase homogène, les mesures de ⁄ ne devraient plus être valables à cause de la réalimentation de l’état + _{, = . Dans les sections suivantes, nous allons nous intéresser}

à ces étapes dans l’ordre chronologique. Nous commencerons avec la première émission homogène de la décharge.