Mémoire MASTER ACADIMIQUE Thème - DSpace

UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA
Faculté des Sciences et de la Technologie et des Sciences de Matière
Département des Sciences de la Matière
Mémoire
MASTER ACADIMIQUE
Domaine: Sciences de la Matière
Filière: Physique
Spécialité: Rayonnement et Spectroscopie et Optoélectronique
Présenté par: KHEMGANI Salima
Thème
Soutenu le :01/06/2013
Soutenu publiquement
le : 23/06/2013
Devant le jury composé de :
Dr.Keltoum CHENINI
MC B Président UKM Ouargla
M
. Le
yla ZIGHICHI
MAB Examinateur UKM Ouargla
Dr. Thouria CHOHRA
MC B Rapporteur UKM Ouargla
Année Universitaire : 2012 /2013
Calcul des coefficients de transport d’électrons
dans un gaz
faiblement ionisé soumis à l’action d’un champ électrique et un
champ magnétique uniformes par la méthode carlo

i
REMERCIEMENTS
Au terme de ce travail, avons toute chose, je
remercie Dieu, le tout puissant, pour m’avoir donnée la
force et la patience.
A remercier sincèrement Dr. Chohra thouria maître
de conférence (B), qui en tant qu’encadreur de mémoire,
s’est toujours montrée à l’écoute et a été très disponible
tout au long de la réalisation de ce mémoire ainsi pour
l’inspiration, l’aide, et le temps qu’elle a bien voulu nous
consacré et sans qui ce mémoire, n’aurait jamais vu le
jour.
Je tiens à remercier
Dr. Keltoum CHENINI
maître de conférence (B) de m’avoir fait l’honneur d’être
président et de participer à ce jury.
Je remercie vivement . Le
yla ZIGHICHI
maître de conférence (B) de m’avoir fait l’honneur d’être
examinateur et de participer au jury de ce mémoire.
Je remercie ma très chère mère et mon très cher père
mon cher frères et mes chères sœurs et touts ma famille.
Je remercie infiniment tous ceux qui ont contribué
de prés ou de loin à l’aboutissement de ce mémoire.
Enfin, je remercie tous mes amies qui m’ont aidés à
réaliser ce modeste travail.

Résumé
L’objet de ce travail est de calculer les coefficients de transport dans un gaz
faiblement ionisé, soumis à l’action simultanée des champs électrique et magnétique
uniformes. La connaissance des paramètres de transport est nécessaire pour toute
modélisation dans les plasmas et pour la détermination de certaines propriétés des
plasmas.
La méthode utiliser dans notre calcul est la méthode de Monte Carlo, elle tient compte
de plusieurs phénomènes aléatoires. Ce calcul a été réalisé pour le gaz
d’oxygène.Les paramètres calculés sont : la vitesse de dérive, les coefficients
d’ionisation et d’attachement, les coefficients de diffusion et le gain d’énergie.
Mots clé: Plasma froid, Coefficients de transport, Libre parcours moyen, Section
efficace de collision, Probabilité de collision, Energie de collision, Simulation Monte
Carlo.
Abstract
The object of this work is to calculate the transport coefficients in a gas slightly
ionized, subjected to the action simultaneous of the uniform electric and magnetic
fields. The knowledge of the transport parameters isnecessary for any modelling in
plasmas and to the determination of certain properties in plasmas.
The method used in our calculation is the Monte Carlo method, it takes account of
several random phenomena. This calculation was carried out for the gas of oxygene
.The calculated parameters are: the drift velocity, ionization and attachement
coefficients, diffusion coefficients and gain of energy.
Key words :Cold plasma, transport coefficients, Mean free path, Collision cross
section, Collision probability, Collision energy, Monte Carlo Simulation.
ﺺﺨﻠﻣ
ﺿ زﺎﻏ ﰲ ﻞﻘﻨﻟا تﻼﻣﺎﻌﻣ بﺎﺴﺣ ﻮﻫ ﻞﻤﻌﻟا اﺬﻫ ﻦﻣ فﺪﳍا ﻒﻴﻌﻦﻳﺄﺘﻟا، ﻊﺿﺎﺧ ﻲﺴﻴﻃﺎﻨﻐﻣو ﻞﻘﺣو ﻲﺋﺎﺑﺮﻬﻛ ﻞﻘﳊ
ﺎﻌﻣ نﺎﻤﻈﺘﻨﻣ. ﺔﻓﺮﻌﻣ ﺎﻣزﻼﺒﻟا ﰲ ﺺﺋﺎﺼﳋا ﺾﻌﺑ ﲔﻴﻌﺘﻟو ﺎﻣزﻼﺒﻟا ﰲ ﺔﺟﺬﳕ ﻞﻜﻟ ﺔﻤﻬﻣ ﻲﻫ ﻞﻘﻨﻟا تﻼﻣﺎﻌﻣ.
ﻮﻟرﺎﻛ ﺖﻧﻮﻣ ﺔﻘﻳﺮﻃ ﻲﻫ ﺎﻨﺑﺎﺴﺣ ﰲ ﺔﻠﻤﻌﺘﺴﳌا ﺔﻘﻳﺮﻄﻟا، ﺚﻴﺣﺬﺧﺄﻳ اﻮﻈﻟا ﻦﻣ ﺪﻳﺪﻌﻟا رﺎﺒﺘﻋﻻا ﰲﺔﻴﺋاﻮﺸﻌﻟا ﺮﻫ . يﺮﺟا
ﻏ ﻞﺟا ﻦﻣ بﺎﺴﳊا اﺬﻫﺎﲔﺠﺴﻛﻷا ز .2 ﺔﺑﻮﺴﶈا تﻼﻣﺎﻌﳌاﻲﻫ:فاﺮﳓﻻا ﺔﻋﺮﺳ ,ﻼﻣﺎﻌﻣ تﻦﻳﺄﺘﻟا طﺎﺒﺗرﻻاو ,
ﺔﻗﺎﻄﻟا ﰲ ﺢﺑﺮﻟا و رﺎﺸﺘﻧﻻا تﻼﻣﺎﻌﻣ.
ﺔﻴﺣﺎﺘﻔﻤﻟا تﺎﻤﻠﻜﻟا.:ﺑﻣزﻼﺎ ةدرﺎﺒﻟا ,ﻞﻘﻨﻟا تﻼﻣﺎﻌﻣ ,ﺮﳊا ﻂﺳﻮﺘﳌا رﺎﺴﻣ ,مدﺎﺼﺘﻠﻟ ﺔﻴﺿﺮﻌﻟا ﻊﻃﺎﻘﻣ , ﺔﻴﻟﺎﻤﺘﺣا
مدﺎﺼﺘﻟا, ﻮﻟرﺎﻛ ﺖﻧﻮﻣ ةﺎﻛﺎﳏ مدﺎﺼﺘﻟا ﺔﻗﺎﻃ

Table des matières
Remerciements .......................................................................................................................... i
Liste des figures ........................................................................................................................ ii
Introduction générale ............................................................................................................... 1
CHAPITRE 1: PHENOMENES DE TRANSPORT DANS LES PLASMAS ........................ 3
1.1 Généralités sur les plasmas .............................................................................................. 3
Les plasmas froids .............................................................................................................. 3
Les plasmas thermiques ...................................................................................................... 3
1.2 Le gaz classique dilué ...................................................................................................... 4
1.3 Décharges électriques dans les gaz ................................................................................... 4
1.3.1 Décharges en courant continu a basse pression.......................................................... 4
Décharges non autonomes .................................................................................................. 5
Zone de collection avec multiplication ................................................................................ 5
Décharge de Townsend ....................................................................................................... 5
Décharge luminescente ....................................................................................................... 5
1.3.2 Décharge à haute pression (Régime d’arc) ................................................................ 6
1.4 Les termes de collisions d’électron dans un gaz dilué ....................................................... 6
1.4.1 Collision élastique électron-molécule (e-M) .............................................................. 6
1.4.2 Collision inélastique électron-molécule (e-M) ........................................................... 7
Excitation/ désexcitation ..................................................................................................... 7
Ionisation ............................................................................................................................ 7
Attachement d’électron (formation d’ion négative) ............................................................. 8
1.5 Conclusion ....................................................................................................................... 8
CHAPITRE 2: MOUVEMENT D’UN ELECTRON DANS UN CHAMP
ELECTRIQUE ET MAGNETIQUE ..................................................................................... 10
2.1 Introduction ................................................................................................................... 10
2.2 Equations du mouvement ............................................................................................... 10
2.3 Cas d’un champ magnétique nul (B = 0) ....................................................................... 13
2.4 Cas d’un champ magnétique transversal B ⊥ E = 
................................................ 13
2.5 Cas d’un champ magnétique longitudinal = 0 ............................................................ 14
2.6 Conclusion ..................................................................................................................... 15

CHAPITRE 3: LA METHODE DE SIMULATION MONTE CARLO............................... 17
3.1 Introduction ................................................................................................................... 17
3.2 Historique ...................................................................................................................... 17
3.3 Principe de la méthode de Monte Carlo .......................................................................... 18
3.4 Le modèle SMC ............................................................................................................. 19
3.4.1 Génération des électrons initiaux ............................................................................ 19
3.4.2 Concepts physique de SMC .................................................................................... 19
3.4.3 Résolution des équations du mouvement avant la collision ..................................... 20
3.4.4 Traitement des collisions ........................................................................................ 22
3.4.5 L’énergie correspondante aux différents types de collision ...................................... 23
3.4.6 Calcul des paramètres de transport .......................................................................... 24
Vitesse de dérive............................................................................................................... 24
Coefficient de diffusion transversal ................................................................................... 24
Coefficient de diffusion longitudinal ................................................................................. 25
Coefficient d’ionisation .................................................................................................... 26
Coefficient d’attachement ................................................................................................. 26
3.5 L’algorithme .................................................................................................................. 26
3.6 Résultats et discussion ................................................................................................... 27
3.6.1 Vitesse de dérive ..................................................................................................... 28
3.6.2 Coefficient de diffusion transversal ......................................................................... 30
3.6.3 Coefficient de diffusion longitudinal ....................................................................... 31
3.6.4 Coefficient d’attachement ....................................................................................... 32
3.6.5 Coefficient d’ionisation .......................................................................................... 33
3.7 Conclusion..................................................................................................................... 34
Conclusion et perspectives ..................................................................................................... 35
Références ............................................................................................................................... 37