décharges à barrière diélectrique dans l`hélium et le néon à la

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
DÉCHARGES À BARRIÈRE DIÉLECTRIQUE DANS L'HÉLIUM ET LE NÉON
À LA PRESSION ATMOSPHÉRIQUE
AZIZ BERCHTIKOU
DÉPARTEMENT DE GÉNIE PHYSIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L‟OBTENTION
DU DIPLÔME DE MAITRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE PHYSIQUE)
DÉCEMBRE 2010
© Aziz Berchtikou, 2010.

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé :
DÉCHARGES À BARRIÈRE DIÉLECTRIQUE DANS L'HÉLIUM ET LE NÉON
À LA PRESSION ATMOSPHÉRIQUE
présenté par : BERCHTIKOU Aziz .
en vue de l‟obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées
a été dûment accepté par le jury d‟examen constitué de :
Mme. SANTATO Clara, Ph.D., présidente.
M. WERTHEIMER Michael R., D.Sc.A., membre et directeur de recherche.
M. KASHYAP Raman, Ph.D., membre et codirecteur de recherche.
M. STAFFORD Luc, Ph.D., membre.

iii
DÉDICACE
À la Beauté !

iv
REMERCIEMENTS
Mes remerciements vont tout d‟abord à mon directeur de recherche, le professeur Michel
Wertheimer, pour avoir accepté que je réalise ce travail au sein de son équipe, et pour l‟avoir
dirigé avec une grande disponibilité. Sa rigueur scientifique, son enthousiasme et ses conseils
m‟ont été très précieux dans l‟aboutissement de ce travail. Malgré mes limites, je lui sais gré de la
confiance qu‟il m‟a accordée tout au long de ce parcours.
Que mon codirecteur de recherche, le professeur Raman Kashyap, reçoive ici l‟expression de ma
profonde gratitude pour son aide et ses encouragements. Sa collaboration fut décisive tout au long
de ce travail.
Je tiens à remercier de façon particulière Monsieur Bachir Saoudi Pour les nombreuses
discussions, qui ont permis d‟orienter cette étude et sa contribution dans la rédaction de ce
document.
Je remercie également la professeure Clara Santato d‟avoir accepté de présider ce jury, et le
professeur Luc Stafford d‟en être membre.
Pensées affectueuses à l‟ensemble des membres du département de Génie Physique que j‟ai
côtoyés tout au long de ces deux années : les étudiants, le personnel administratif autant que les
techniciens. Merci à tous.

v
RÉSUMÉ
Les décharges à barrière diélectrique (DBD) à la pression atmosphérique font partie des plasmas
hors-équilibre thermodynamique. Elles peuvent être opérées en mode « filamentaire » ainsi que
Townsend. Une des spécificités de cette décharge est qu‟une électrode (ou les deux) est
recouverte par un matériau diélectrique. Généralement, une DBD à la pression atmosphérique est
une décharge filamentaire, mais en 1968 Bartnikas a rapporté l‟existence d‟une décharge
luminescente uniforme dans He, maintenant dite « Atmospheric Pressure Glow Discharge
(APGD)», c'est-à-dire «décharge luminescente à la pression atmosphérique », caractérisée par
une seule impulsion de courant par demi-cycle de la tension alternative appliquée.
Postérieurement, plusieurs chercheurs ont rapporté des décharges homogènes à la pression
atmosphérique dans d‟autres gaz ou mélanges gazeux. La majorité des études ont été faites dans
He puisqu‟il représente un milieu gazeux inerte, c‟est-à-dire essentiellement sans réactivité
chimique et sans problèmes de décomposition, donc un gaz qui peut être relativement facilement
étudié et modélisé, au moins en première approximation.
Parmi les caractéristiques essentielles du plasma, la température du gaz est évidemment un
paramètre très important à contrôler. Par exemple, pour le traitement ou modification de
matériaux par plasma, une température trop élevée peut causer des dommages substantiels,
particulièrement aux matériaux thermosensibles comme les polymères.
Les objectifs de cette recherche sont : 1) déterminer la température du gaz dans une APGD d‟un
gaz rare (He et Ne), en utilisant la spectroscopie d‟émission optique (OES), qui a l‟avantage
d‟être une technique de diagnostique non perturbatrice. Ceci a été accompli en utilisant le spectre
rotationnel provenant du « First Negative System » (FNS) N2
+(B2u
+,= 0 X2g +, = 0) qui
a l‟avantage de pouvoir être résolu même avec un spectrographe de résolution moyenne. La
température rotationnelle, Trot, peut alors être estimée simplement à partir d‟un graphique de
Boltzmann ; 2) étudier les effets thermiques liés au transfert de chaleur dans ces deux gaz rares,
He et Ne ; 3) Finalement, étudier l‟évolution spatio-temporelle de l‟émission lumineuse
provenant des espèces excitées dans les décharges de He et Ne, en utilisant une caméra
numérique ultra-rapide.
La décharge APGD faisant l‟objet du présent travail, est créée entre une électrode plane
recouverte d‟une mince (1 mm d‟épaisseur) lame diélectrique circulaire d‟alumine (Al2O3), reliée