modelisation de la structure axiale de la decharge luminescente a la

ﺔﻳرﻮﻬﻤﺠﻟا ﺔﻴﺒﻌﺸﻟا ﺔﻴﻃاﺮﻘﻤﻳﺪﻟا ﺔﻳﺮﺋاﺰﺠﻟا
REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE
LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE D’ORAN
MOHAMED BOUDIAF
FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE
DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE
PROJET DE MEMOIRE
Présenté
En vue de l’obtention du diplôme de
MAGISTER
Spécialité : Electrotechnique
Option : Ingénierie des plasmas et des décharges
Présenté par :
HEBIB ABDERRAHMANE
Sur le thème
MODELISATION DE LA STRUCTURE AXIALE DE LA
DECHARGE LUMINESCENTE A LA PRESSION
ATMOSPHERIQUE
Soutenue le : 13 /11/2012, devant le jury composé de :
Mr A.SETTAOUTI PROFESSEUR, USTO-MB PRESIDENT
Mr A.W.BELARBI PROFESSEUR, USTO-MB RAPPORTEUR
Mr A.HAMID PROFESSEUR, USTO-MB EXAMINATEUR
Mr M.MESSAAD M C -A-, USTO-MB EXAMINATEUR
Année universitaire 2011/2012

,
RESUME
L’objectif primordial que nous avons ciblé dans ce mémoire consiste à modéliser en 1D
une décharge luminescente contrôlée par barrières diélectriques (DBD) à la pression
atmosphérique dans un gaz électropositif (Hélium), dans l’espace gazeux avec une configuration
géométrique plane parallèle isolées par un diélectrique sous une tension alternative.
Pour cela, et après application de certaines hypothèses simplificatrices, nous avons
développé un modèle de simulation de type fluide auto-cohérent, en langage FORTRAN, pour
décrire la distribution spatiotemporelle des différentes particules (électrons, ions et des
métastables), du champ électrique, du potentiel et des densités électronique, ionique et des
métastables dans l’espace gazeux. Les paramètres de transport (vitesse de dérive, coefficient de
diffusion) et les coefficients d’ionisation et d’excitation sont fonction du champ électrique local.
Tout en axant sur les deux premiers moments de l’équation de Boltzmann couplés à l'équation
de Poisson pour constituer un système d'équations non linéaires qui ne peut être résolu
analytiquement. Nous avons donc procédé à sa résolution en utilisant la méthode de différences
finies avec un schéma implicite. Comme la DLBD dépend de la paroi diélectrique donc sa
présence a été également prise en compte dans le modèle numérique.
Les résultats obtenus dans cette étude à la pression atmosphérique confirment l’existence
du régime luminescent similaire à celui obtenu à basse pression. L’évolution spatiotemporelle
des grandeurs (potentiel du gaz, champ électrique et des densités des différentes particules), nous
a aidée de mieux comprendre les comportements des phénomènes physiques responsables au
fonctionnement de la décharge.
L’effet de certains paramètres tels que (tension appliquée, fréquence d’excitation, surface
des électrodes, coefficient d’émission secondaire, et taux d’impureté) ont été aussi simulés afin
d’identifier les conditions favorables à l’aboutissement du régime luminescent de la décharge.
Mots clés
DLBD : Décharge Luminescente à Barrières Diélectriques, Modèle fluide, Équation de
Boltzmann, Équation de Poisson, Équation de continuité, Approximation du champ local.

ﺺﺨﻠﻣ :
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ﻤﻟا ﻂﻐﻀﻟا ﺖﺤﺗ ﻦﯿﯿﺋﺎﺑﺮﮭﻛ ﻦﯿﻟزﺎﻋ ﺔﻄﺳاﻮﺑ ﺐﻗاﺮﻤﻟا و ﺞھﻮﺘيﻮﺠﻟا ﻲﺳﺪﻨھ ﻞﯿﺜﻤﺗ ﻊﻣ مﻮﯿﻠﮭﻟا زﺎﻏ ﻂﺳو ﻲﻓ
بوﺎﻨﺘﻣ ﺮﺗﻮﺗ ﺖﺤﺗ ﺔﯾزاﻮﺘﻣو ﺔﯾﻮﺘﺴﻣ بﺎﻄﻗﻸﻟ. ﺾﻌﺑ ﻖﯿﺒﻄﺗ ﺪﻌﺑ و ﻦﻋ ﻲﺗاﺬﻟا ﻞﺋﺎﺴﻟا عﻮﻨﻟا ﻦﻣ ﻲﻤﻗر جذﻮﻤﻧ ﺮﯾﻮﻄﺗ ﻢﺗ ﺪﻘﻟ ﺔﯿﻄﯿﺴﺒﺘﻟا تﺎﯿﺿﺮﻔﻟا
ﺞﻣﺎﻧﺮﺑ ﻖﯾﺮطFORTRAN قﺮﻓ ،ﻲﺋﺎﺑﺮﮭﻜﻟا ﻞﻘﺤﻟا ،تﺎﺌﯾﺰﺠﻟا ﻒﻠﺘﺨﻤﻟ ﻲﺋﺎﻀﻔﻟا ﻦﻣﺰﻟا ﻊﯾزﻮﺗ ﻞﯿﺜﻤﺘﻟ و ،
تﺎﻓﺎﺜﻜﻟا و نﻮﻤﻜﻟا )ﺔﺿﺮﺤﻤﻟا تﺎﺌﯾﺰﺠﻟا و تﺎﻧﻮﯾﻷا ،تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا ( ﻦﯿﺘﻟدﺎﻌﻤﻟا ﻰﻠﻋ دﺎﻤﺘﻋﻻﺎﺑ اﺬھ و
ﻟوﻷا ﺎﮭﻠﺣ ﻦﻜﻤﯾ ﻻ ﻲﺘﻟا ﺔﯿﻄﺧ ﺮﯿﻏ تﻻدﺎﻌﻣ ﺔﻠﻤﺟ ﻞﯿﻜﺸﺗ ﻞﺟأ ﻦﻣ نﻮﺳاﻮﺑ ﺔﻟدﺎﻌﻤﺑ ﺔﻧوﺮﻘﻤﻟا نﺎﻣﺰﺘﻟﻮﺒﻟ ﻦﯿﺘﯿ
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ﺾﻔﺨﻨﻣ ﻂﻐﺿ ﺖﺤﺗ ﮫﯿﻠﻋ ﻞﺼﺤﺘﻤﻟا مﺎﻈﻨﻠﻟ ﻞﺛﺎﻤﻣ. ﺲﯿﯾﺎﻘﻤﻟا هﺬﮭﻟ ﻲﺋﺎﻀﻔﻟا ﻲﻨﻣﺰﻟا رﻮﻄﺘﻟا)ﺔﺿﺮﺤﻤﻟا تﺎﺌﯾﺰﺠﻟا و تﺎﻧﻮﯾﻷا ،تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا( ﺎﻧﺪﻋﺎﺳ ،
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ﻎﯾﺮﻔﺘﻠﻟ ﺞھﻮﺘﻤﻟا مﺎﻈﻨﻟا ﻰﻠﻋ لﻮﺼﺤﻠﻟ ﺔﺒﺳﺎﻨﻤﻟا طوﺮﺸﻟا ﻰﻠﻏ فﺮﻌﺘﻟا ﻞﺟا ﻦﻣ رﺎﺒﺘﻋﻻا ﻦﯿﻌﺑ تﺬﺧأ
ﻲﺋﺎﺑﺮﮭﻜﻟا.
ﺢﯿﺗﺎﻔﻤﻟا تﺎﻤﻠﻜﻟا اﻎﯾﺮﻔﺘﻟ ﻲﺋﺎﺑﺮﮭﻜﻟا ﻤﻟا،ﻲﺋﺎﺑﺮﮭﻛ لزﺎﻋ،ﺞھﻮﺘ،ﻲﺋﺎﺑﺮﮭﻜﻟا ﻞﻘﺤﻟا نﻮﺳاﻮﺑ ﺔﻟدﺎﻌﻣ

REMERCIEMENTS
Je remercie tout d’abord, DIEU le tout puissant qui m’a éclairé le Bon chemin.
Je tiens à remercier vivement mon directeur de thèse Monsieur
A.W.BELARBI ,
Professeur à l’USTO, Mohamed Boudiaf. Je lui exprime également toute ma gratitude,
pour m’avoir proposé ce sujet, mais en particulier pour m’avoir encadrée et guidée, pour
son soutien et ses multiples coups de main, sa disponibilité toujours dans les tous
moments et fin ses précieux conseils.
Je remercie également et profondément Monsieur A.SETTAOUTI (Professeur à
USTO-MB) qui m’a fait l’honneur et d’avoir accepter de présider mon jury de soutenance.
Je remercie pareillement Monsieur A.HAMID (Professeur à USTO-MB) d’avoir accepté
d’être membre de jury et d’examiner mon travail et sa me fait plaisir.
Je tiens aussi à exprimer ma profonde gratitude et remercier également à l’instar
des autres membres Monsieur M.MESSAAD (Maître de conférences à USTO-MB), d’avoir
accepté de siéger à mon jury de soutenance.
Sans n’oublier mes frères et camarades qui m’ont soutenu notamment moralement
dans les moments cruciales, pour leurs orientations, leurs encouragements et leurs aides,
je tiens aussi à remercier dans ce contexte en particulier Messieurs: Lieutenant Colonel A.
ZAOUI (ENITA), A. BENREKIA (Université de MEDEA), AEK BOUZIANE & W. TEBIB
(Université M’HAMED BOUGARA BOUMERDESS), K.YANALLAH (Université IBN
KHALDOU-TIARET), A. SARIDJ ( USTO-MB) .
Toutes mes profondes reconnaissances à mes amis d’option de plasma à l’instar
de: R. ARARIA, H. BALI, AEK. BELHACHEMI, A. DRIS, C.BENDAOUD, S.FEDENE,
F.YACOUBI, M. BENMOUHOUB, F. MESSOUM et l’ensemble de personnels de la DEM de
Tiaret.
Un vif remerciement et une précieuse gratitude unique et spéciale doit être
attribuée à mes chers parents (ALLAL&FATMA) pour leurs sacrifice, patience et affection
qui n’ont jamais hésité de m’apporter et Que Dieu leur donne longue vie et bonheur et
guérira mon père le plus tôt possible, mes sœurs, mes frères ( Habib, Mohamed et Rachid )
sans oublier mes deux femmes ( H.C & H.M ) qui ont toujours me soutenu, m’encouragé,
favorisé l’environnement de travail et prie du dieu de m’aider je leurs dis merci
infiniment, aux membres de toute ma grande famille (HEBIB), mes voisins et tous mes
frères dans l’islam. HEBIB Abderrahmane

SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE : 1
CHAPITRE I: GENERALITES SUR LES DECHARGES CONTROLEES PAR
BARRIERES DIELECTRIQUES :
I-1- INTRODUCTION : 3
I-2- GENERALITES SUR LES PLASMAS : 3
I-3 PRINCIPES FONDAMENTAUX DES DBD : 4
I-4- CRITERES DE RUPTURE D’UN GAZ: 4
I-5 CARACTERISTIQUE COURANT-TENSION : 5
I-5.1 ZONE DE NON AUTONOMIE (AB) 6
I-5.2 DECHARGES DE TOWNSEND (BC): 7
I-5.3 DECHARGE LUMINESCENTE (CDEF) : 8
1-5.4 ARC ELECTRIQUE (FH) : 8
I-6 STRUCTURE DE LA DECHARGE LUMINESCENTE : 8
I-6-1 REGION CATHODIQUE ET LUEUR NEGATIVE (1) : 10
I-6-2 ESPACE SOMBRE DE FARADAY (2) : 10
I-6-3 COLONNE POSITIVE (3) : 11
I-6-4 REGION ANODIQUE (4) : 11
I-7 REGIMES LUMINESCENTS : 11
I-8. DECHARGES CONTROLEES PAR BARRIERE DIELECTRIQUE(DBD) A
LA PRESSION ATMOSPHERIQUE : 12
I-8-1 DEFINITION ET CARACTERISTIQUES D’UNE DBD : 13
I-8-2 DIFFERENTS TYPES DE DBD A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE : 15
I-8-2-1 TYPE DECHARGE FILAMENTAIRE : 15
I-8-2-1-1 DESCRIPTION ET CARACTERISTIQUES D’UNE DECHARGE
FILAMENTAIRE : 16
I-8-2-1-2 FORMATION D’UN STREAMER : 17
I-8-2-2 TYPE DECHARGE LUMINESCENTE : 18
I-8-2-2-1 DESCRIPTION D’UNE DECHARGE LUMINESCENTE CONTROLEE
PAR BARRIERE DIELECTRIQUE (DLBD) 19
I-8-2-2-2. PRINCIPE D’ETABLISSEMENT D’UNE DLBD (CAS DE
L’HELIUM) : 20
I-8-2-2-3 CONFIGURATIONS ET PARAMETRES FAVORISANT
L’OBTENTION D’UNE DLBD : 22
I-9 APPLICATIONS DES DBD : 24
I-9-1 DEPOLLUTION : 24
I-9-2 SOURCES DE LUMIERE : 25
I-9-3 TRAITEMENTS DE SURFACE : 25
I-9-3 -1 MODIFICATIONS DE SURFACES: 25
I-9-3-2 GRAVURE: 27
I-9-3 -3 STERILISATION: 27
I-9-3-4 DEPOT DE COUCHE MINCE: 28
CHAPITRE II : MODELE PHYSIQUE DE LA DECHARGE
II.1. INTRODUCTION 30
II.2. APPROCHE MICROSCOPIQUE 30
II.3. APPROCHE MACROSCOPIQUE ‘’ MODELES FLUIDES’’ 31