Manuscrit-DR

UNIVERSITÉ D’ORLÉANS
ÉCOLE DOCTORALE
ENERGIE, MATERIAUX, SCIENCES DE LA TERRE ET DE L’UNIVERS
Institut de Combustion Aérothermique Réactivité et Environnement,
CNRS Orléans
THÈSE présentée par :
Denis RENAUD
soutenue le : 20 mai 2016
pour obtenir le grade de : Docteur de l’université d’Orléans
Discipline : Physique
Caractérisation du propulseur PEGASES :
diagnostics du filtre magnétique et du faisceau ;
optimisation de la géométrie.
THÈSE dirigée par :
Stéphane MAZOUFFRE Directeur de recherche, ICARE, CNRS Orléans
RAPPORTEURS :
Gilles Cartry Professeur, PIIM, université d’Aix Marseille
Alain Simonin Ingénieur, CEA, Cadarache
JURY :
Ane Aanesland Chargée de recherche, LPP, École Polytechnique
Laifa Boufendi Professeur, GREMI, université d’Orléans
Gilles Cartry Professeur, PIIM, université d’Aix Marseille
Laurent Garrigues Directeur de recherche, LAPLACE, CNRS Toulouse
Stéphane MAZOUFFRE Directeur de recherche, ICARE, CNRS Orléans
Alain Simonin Ingénieur, CEA, Cadarache
Marcel Berger Ingénieur, Airbus Defence & Space

Remerciements
J’aimerais en premier lieu remercier Iskender de m’avoir accueilli dans le laboratoire
ICARE où j’ai pu réaliser ce travail pendant ces 3 années.
Je tiens particulièrement à remercier Stéphane, mon directeur de thèse, d’avoir su me
guider le long de mes recherches et découvertes. Ce fut un grand plaisir d’avoir partagé
les congrès, les réunions, les pauses café-réunion, les repas de Noël, la galette des rois ...
sans oublier les fameuses discussions sur la taille de mes graphiques, trop gros à ton gout.
Un grand merci à Sedina pour toutes ces discussions cinématographiques sur qui est
le plus grand des héros, pour ma part je n’accepterai jamais qu’ « Iron-man » soit plus
grand que « The Batman ». Je te remercie d’avoir agrandi ma liste de surnoms qui au
passage était déjà suffisamment longue. Cependant une anecdote restera gravée dans nos
mémoires sur le pourquoi cette phrase fut prononcée : « Y en a pas assez ! ».
Un remerciement special pour mon « co-bureau » d’en face, à savoir Julien. Ce fut
un grand plaisir d’avoir eu l’opportunité de m’améliorer dans le lancement de boulettes
de papier et d’avions. Je te remercie des soirées films notamment : Stargate, Iron Sky
etc. sans oublier les fabuleux repas.
Je remercie sportivement Thierry pour les nombreuses voies d’escalade que l’on a pu
parcourir ensemble que ce soit en salle ou grâce aux berges d’Orléans. C’est également
avec plaisir que j’ai appris chaque semaine un mouvement de tai-chi ... mais attention,
pas trop vite ! Je te remercie de m’avoir suivi dans mes folies : de la dégustation de rhum
très arrangé aux décorations de bureau du gars d’à coté.
Enfin la dernière personne de notre équipe : Lou Grimaud qui un beau jour d’août
(le 18/08/2015 à 15h15) a appuyé sur le bouton on/off de ma jauge de pression, ce fut
d’une grande aide, merci encore !
Je remercie l’équipe de PIVOINE 2G composée de Guillaume et Sisouk de m’avoir
aidé quand c’était nécessaire.
Merci à la partie mécanique composée de Laurent et Éric de m’avoir conseillé et
formé aux joies de la mécanique. C’est avec regret que je quitte cette magnifique scie
automatique et perceuse à colonne qui a bercé (ou percé) de nombreuses plaques en
aluminium, laiton, cuivre, acier... Toutes mes pièces complexes vous remercient pour
votre maitrise de cet art.
Je tiens à remercier la partie électronique composée de Fabrice, Jacques et Nicolas
qui m’ont prêté plein de jouets : résistances, capacités, LED, sélecteurs, interrupteurs qui
i

m’ont permis de fabriquer des sources de lumière (pratiques pour voir dans le noir), des
systèmes de mesures pour le photo-détachement etc...
Un grand merci à toute l’équipe administrative, à savoir : Corinne, Marine et
Vincent pour toute la paperasse que je vous ai confiée.
Merci à Mahmoud pour ton aide sur les lasers. Tu as été mon master pour le
calibrage du laser et les questions d’optique.
Je ne pouvais pas ne pas parler de Ewa qui a collaboré avec nous pendant 6
semaines. Tu as eu d’excellentes idées sur la physique, le matériel optique et les bêtises
sur les canards ! Ce fut un grand plaisir de partager cette expérience à la polonaise.
Ce fut un réel plaisir de partager des bouts de ces 3 années avec notre équipe de
stagiaires : Audrey, Benjamin, Florian, Ivan, Matthieu et Michael.
Je remercie l’équipe de Nabiha et de Christian pour la caméra rapide et ses objectifs.
Un grand merci à l’équipe du LPP pour les discussions et notamment la découverte
du monde merveilleux de PEGASES à commencer par Ane, Lara, Jérôme, Pascaline,
Trevor et Dima.
Je remercie bien évidement Airbus qui a financé ma thèse avec le projet ANR.
Pour finir, je remercie mon équipe de traqueurs d’orthographe. J’aimerais citer
Agathe, Marie (trop de corrections... mais bon, trop suppose ...), ma mère ainsi que ma
sœur (aussi de m’avoir soutenu dans ce combat acharné qu’est la thèse) et pour finir Jef
(tes remarques ont été très utiles !). Merci à vous !
ii

Nomenclature
αÉlectronégativité Sans dimension
αacc Angle d’acceptance de la sonde E×B rad
βÉlectronégativité partielle Sans dimension
γRapport de température Sans dimension
ΓFlux thermique m−2s−1
δÉpaisseur de peau m
ϵÉmissivité du corps noir Sans dimension
ηRendement Sans dimension
θ,ΘAngles rad
λLongueur d’onde m
λe,i,n Libre parcours moyen des électrons, ions, neutres m
λDLongueur de Debye m
lnΛe,i Logarithme coulombien Sans dimension
νe,i Fréquence de collision électrons, ions s−1
ξEfficacité de poussée mN kW−1
ρeRésistivité électrique Ωm
σSection efficace m2
τe,i Taux de recombinaison m3s−1
φAAlignement de la sonde rad
ϕChute de potentiel V
∅Diamètre des orifices d’une grille m
ψCoefficient de réflexion %
ω,ωpPulsation, pulsation plasma s−1
aAccélération m s−2
ASurface de collection de la sonde m2
Aext Constante de Richardson–Dushman A m−2K−2
iii