Simulation de la production d`O2(1D) dans une post

Remerciements
Je tiens tout d'abord à remercier ma directrice de thèse, Leanne Pitchford. Ceci n'est pas un
merci cordial et convenu parce que le protocole veut que l'étudiant en thèse remercie d'abord
son directeur, non, ceci est un merci chaleureux et sincère. C'est un merci qui dépasse
largement le cadre de ce travail. Grâce à elle, j'ai beaucoup appris, des méthodes, des
techniques, des champs de recherche jusqu'alors inconnus pour moi, des façons de réfléchir, de
mettre en forme sa pensée, ses questions, comment ne rien lâcher sur les détails. Mais il ressort
surtout de ces trois années de collaboration que j'ai beaucoup appris sur moi, et cela grâce à
elle et aux nombreuses discussions que nous avons eues. Pour tout ça, je la remercie.
Ensuite, je me dois bien sûr de remercier Sergey Pancheshnyi, la deuxième personne avec
laquelle j'ai le plus collaboré. Sergey, le magicien de l'informatique, a su régler quantité de
problèmes (avec simplicité, en plus), et force est d'admettre que sans lui, je ne serais pas allé
bien loin. Et un deuxième merci pour avoir accepté de faire partie de mon jury.
Pour la soutenance, je remercie tout d'abord mes deux rapporteurs, MM. Hervé Jouin et
Khaled Hassouni, qui ont accepté de lire sans tricher toute ma thèse, comme en témoignent la
pertinence de leurs remarques et suggestions. Merci aussi à Vincent Puech et à Richard
Fournier d'avoir formé les deux dernières personnes de mon jury.
Un merci en forme de clin d'oeil à Kréména Makasheva et Pierre Sarrailh, mes anciens
collègues de bureau (avant leur départ pour d'autres horizons et mon exil au premier étage),
sans qui je serais allé encore moins loin dans ma thèse. Merci pour les conseils, les coups de
main, le soutien.
Un grand merci à toute l'équipe GREPHE, merci à Gerjan Hagelaar pour les quelques
conseils bien trop éclairés pour un néophyte tel que moi et merci à Laurent Garrigues et à Jean-
Pierre Boeuf. Et surtout, merci à Thierry Callegari, et pardon pour n'avoir pas mis plus
d'expérience dans ma thèse théorique alors qu'il me le proposait de bon coeur.
Le bâtiment 3R3 n'est pas en reste, puisque parmi leurs occupants, Nicolas Gherardi, Séverine
Leroy, Christian Laurent et Gilbert Tesseydre ont fait tout ce qu'ils ont pu pour essayer de
m'expliquer ce que c'était que le polyéthylène (j'espère que j'ai compris...). Merci à vous, donc,
avec une mention spéciale à Len Dissado, qui a bien voulu venir nous abreuver de son savoir.
Joao Santos-Sousa mérite lui aussi toute ma considération, pour avoir effectué toute la partie
expérimentale sur laquelle se basent mes résultats.
Viennent ensuite tous ceux qui ont contribué à rendre cette thèse un peu plus agréable. Merci
à Amine (pour les discussions politico-engagées), à Benoît (pour les discussions sémantico-
philosophico-épistémolo-sociales), à Hugues (pour m'avoir fait voir ce qui m'attendait quand
j'attaquerai la rédaction), merci à Nam-Jun, merci à Juslan (le seul à m'avoir vu régulièrement
dans mon autre monde), merci à Mike, merci à tous les thésards du LAPLACE.
C'est facile, je sais, mais merci aussi à tous ceux que j'ai oublié.
Merci aussi à la coloc' de la Mothe, et à mes parents, bien entendu.
Et je ne serais pas digne de clore ces remerciements sans mentionner les deux personnes qui
m'ont vraiment soutenu pendant toute la rédaction : mon frère, Raphaël, qui a été là tous les
jours et m'a aidé à garder la tête hors de l'eau (merci hermano !), et Lalie, ma princesse, sans
qui j'aurais perdu tout espoir de finir un jour (merci ma douce !).

Résumé
Une décharge dans un gaz à haute pression et à basse température (ie de l'ordre de la
température ambiante) est un phénomène généralement instable (transition à l'arc), en raison de
phénomènes divergents précisément dûs à la pression élevée. En se basant sur la loi d'échelle
pression fois distance qui définit la tension de claquage, on arrive toutefois à créer des plasmas
froids, stables et non-filamentaires, à pression atmosphérique, en ramenant les dimensions de la
décharges à quelques centaines de microns. Les applications de telles décharges sont
nombreuses, tant par la densité d'espèce réactive que l'on peut générer que par la faible tension
nécessaire à son maintien et les économies réalisées en terme d'équipement, les systèmes de
pompage n'étant plus nécessaires. Cela concerne par exemple la production d'excimère pour la
génération de lumière, la production d'espèces réactives pour les applications biologiques ou le
traitement des matériaux, ou encore l'affichage plasma.
Mais le passage aux hautes pressions entraîne des effets pas encore bien compris au niveau
théorique. En effet, à pression atmosphérique, la chimie dans les mélanges gazeux complexes
va être modifiée, les effets thermiques jouent un rôle accru, la diffusion étant plus faible,
jusqu'à la zone de gaine qui va être plus compacte et donc le champ électrique à la cathode plus
élevé, modifiant ainsi l'interaction du plasma avec les électrodes. Par ailleurs, ces dimensions
microscopiques et la pression atmosphérique concerne un autre type de décharges, les
décharges partielles dans les défauts structurels des isolants, responsables de leur dégradation à
très long terme. Ces décharges partielles ayant lieu dans des conditions similaires (volume et
pression), l'étude des microdécharges peut alors être calquée sur cet autre problème afin d'en
expliquer certains aspects mal connus.
Le but de cette thèse est d'étudier les questions soulevées par le passage à haute pression et à
dimension microscopique, en se concentrant sur l'étude numérique de la chimie d'un mélange
complexe (He/O2/NO) dans une post-décharge, puis l'étude théorique de l'émission
électronique secondaire par impact ionique et métastable sur une cathode métallique, et
l'influence possible d'un champ électrique moyen (de l'ordre de 107 V/m) sur cette émission.
Ces résultats sont ensuite adaptés à l'étude de l'émission secondaire sur une surface
diélectrique, avec pour objectif de décrire son mécanisme sur le polyéthylène dans les
décharges partielles.