THÈSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

THÈSE
THÈSE
En vue de l’obtention du
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE
TOULOUSE
Délivré par : l’Université Toulouse 3 Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier)
Présentée et soutenue publiquement le 12/12/2013 par :
Étude d’une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD)
homogène dans l’azote à pression atmosphérique :
Effet mémoire et Optimisation du transfert de Puissance
JURY
Dunpin HONG PR, Université d’Orléans Rapporteur
Nicolas SOULEM MCF HDR, Université de Pau et des
Pays de l’Adour
Rapporteur
Stéphane PASQUIERS DR CNRS, Université Paris-Sud Examinateur
Nicolas GHERARDI CR CNRS, Université de Toulouse Examinateur
Jean-Pascal CAMBRONNE PR, Université de Toulouse Examinateur
Nicolas NAUDE MCF, Université de Toulouse Directeur
Hubert PIQUET PR, INP Toulouse Invité
École doctorale et spécialité :
GEET : Génie Electrique
Unité de Recherche :
LAPLACE UMR 5213
Directeur de Thèse :
Nicolas Naudé, Maître de Conférences à l’Université de Toulouse

Remerciements
Je tiens à adresser en premier lieu mes remerciements à mon directeur de thèse Nicolas NAUDÉ. Il n’a pas
simplement accepté de diriger ma thèse; il m’a transmis la passion de la recherche et n’a eu de cesse de
m’encourager et de me soutenir durant ces trois années. J’ai pu apprécier non seulement ses compétences
mais aussi ses qualités humaines. J’en profite pour lui exprimer ici ma plus profonde gratitude.
Je remercie très sincèrement Nicolas GHERARDI pour sa grande disponibilité, ses conseils et ses précieuses
remarques ainsi que ces qualités humaines, Merci sincèrement.
C’est également un très grand honneur d’avoir comme rapporteurs, monsieur, Dunpin HONG et monsieur
Nicolas SOULEM. Je tiens donc à les remercier pour avoir pris le temps de lire mon manuscrit afin d’établir un
rapport détaillé.
Je tiens à remercier monsieur Stéphane PASQUIERS et monsieur Jean-Pascal CAMBRONNE d’avoir accepter
de faire partie de mon jury de thèse.
Je remercie Hubert PIQUET pour avoir participé à ce jury, mais aussi pour les nombreuses discussions
enrichissantes durant ces trois années de thèse, ainsi que pour ses qualités humaines.
Un grand merci à Xavier BONNIN pour notre collaboration qui s’est très bien passé. Bon courage pour la
suite.
Mes remerciements vont bien entendu à l'équipe MPP pour les conseils et l'intérêt porté à ce travail, mais
surtout pour les nombreuses discussions "extra-professionnelles" et de la bonne ambiance. Je ne pourrai pas
voter pour Le CGC 2014, dommage :p.
Je tiens également à remercier tous mes camarades du laboratoire, à l’UPS comme à L’N7 pour leur soutien,
leur disponibilité et leur sympathie. Sans oublier mes amis en dehors du laboratoire qui m’ont soutenu pour
ce travail.
Je voudrais ajouter mes remerciements à toute ma famille qui pense toujours à moi, mes frères mes sœurs,
mes oncles, … sans oublié ma belle famille, c’est en grande partie grâce à eux si je suis arrivé jusque là, merci
infiniment.
Enfin, Je remercie du fond du cœur mon épouse Sara pour sa patience et son soutien durant cette aventure.
Merci pour l'attention qu’elle me porte, c’est grâce à elle que j’ai pu aller au bout. Encore merci pour tout.

Tables des matières
1
TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................................ 3
Chapitre I : Généralités .................................................................................................................... 7
I. Qu’est-ce qu’un plasma froid ? ........................................................................................ 7
II. Traitement de surface réalisés par plasmas froids ................................................. 9
III. Comment éviter la transition à l’arc à la pression atmosphérique ? .............. 10
III-1. Diminution du produit p.d .......................................................................................................................................... 10
III-2. Utilisation de l’effet couronne ................................................................................................................................... 11
III-3. Insertion d’une barrière diélectrique .................................................................................................................... 11
III-4. Cas des décharges nanosecondes répétitives pulsées .................................................................................... 12
Chapitre II : Dispositif expérimental ........................................................................................ 15
I. Description du dispositif expérimental .................................................................... 15
I-1. Enceinte et cellule de décharge ................................................................................................................................... 16
I-2. Système de pompage et d’injection de gaz ............................................................................................................. 17
I-3. Système d’excitation électrique ................................................................................................................................... 19
II. Outils de caractérisation ................................................................................................ 20
II-1. Caractérisation électrique ............................................................................................................................................ 20
II-2. Caractérisation Optique................................................................................................................................................. 28
II-3. Mesure de température ................................................................................................................................................. 33
Chapitre III : Décharges à barrières diélectriques dans l’azote à la pression
atmosphérique ................................................................................................................................ 35
I. Décharge filamentaire .................................................................................................... 35
I-1. Principe de fonctionnement d’une DBD................................................................................................................... 35
I-2. Mécanisme de claquage de type streamer .............................................................................................................. 36
I-3. Caractéristiques électriques et optiques d’une décharge à barrière diélectrique filamentaire ..... 38
II. Décharge de Townsend à la pression atmosphérique ......................................... 39
III. Caractéristiques de la décharge de Townsend....................................................... 41
IV. Mécanismes à l’origine de l’obtention d’une décharge homogène dans
l’azote ............................................................................................................................................ 44
IV-1. Rappels sur le mécanisme de claquage de type Townsend……………………………………………………44
IV-2. Obtention d’un claquage de type Townsend à pression atmosphérique ............................................... 46