Modélisation numérique d’une décharge luminescente à la pression atmosphérique - application/pdf

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Des Sciences et de la Technologie d’Oran Mohamed Boudiaf
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Faculté de Génie Electrique
Département de Génie Electrique
Thèse en Vue de l’Obtention du Diplôme de
D o c t or a t E s - s c i e n c e
Spécialité :
Electrotechnique
Option :
Matériaux en génie électrique
Présentée par :
Mohamed MANKOUR
Intitulé de la thèse :
Modélisation numérique d’une décharge
luminescente à la pression atmosphérique
Soutenu le, - - 2013 , devant le jury composé de :
Président :
Hamid Azzedine
Professeur (U.S.T.O. Oran)
Rapporteur :
Belarbi Ahmed Wahid
Professeur (U.S.T.O. Oran)
Examinateur :
Hennad Ali
Professeur (U.S.T.O. Oran)
Examinateur :
Mahi Djillali
Professeur (U. A. T. Laghouat)
Examinateur :
Tilmatine Amar.
Professeur (U.S.B.A.)
Examinateur :
Belmadani Bachir.
Professeur (U.H.B. Chlef)

Remerciements
Remerciements
Au terme de ce travail, je tiens à remercier tout ce qui y ont collaboré,
directement ou indirectement lors de mes années de recherche.
Je tiens tout particulièrement à remercier Monsieur Belarbi Ahmed
Fac       
cette thèse de doctorat et dont les idées, les conseils, les critiques, mais aussi
la plus profonde.
Je remercie également monsieur Hamed Azzedine, professeur à
de thèse.
 tiens
également à remercier Messieurs, Hennad Ali, professeur à  
de Laghouat, Tilmatine Amar. Djilali Liabes de Sidi
Bel Abbès, Belmadani Bachir.,   Hassiba Benbouali
de Chlef, et, en tant que membres dans le jury. Je les remercie aussi pour
tant de le juger.
Enfin, je remercie ma famille et en particulier mes parents et ma femme
que je suis. Ma reconnaissance envers eux est inexprimable.
Mohamed Mankour

Résumé
Résumé
De nos jours, Les décharges contrôlées par barrière diélectrique (DBD) dans les gaz
numérique et dans les techniques de caractérisation expérimentale rendent plus aisé la
maîtrise des décharges électriques.
contrôlée par barrière diélectrique. La décharge est obtenue, dans l'hélium sous excitation
basse fréquence (quelques kHz), entre deux électrodes planes, parallèles et isolées par un
diélectrique.
Cette modélisation, fluide, est effectuée dans le cadre de l'approximation du champ
électrique local et est monodimensionnelle et auto-cohérente. Les densités des différentes
particules (chargées ou excitées) prises en compte sont alors décrites par l'équation de
convection-diffusion. La résolution de ces deux dernières équations a été couplée à celle des
équations du circuit électrique d'alimentation de la décharge (circuit électrique équivalent).
Après une étape de validation du modèle ainsi développé, une mise en évidence de l'existence,
à la pression atmosphérique, d'un régime luminescent identique à celui habituellement obtenu
à basse pression.
L'étude de la variation spatio-temporelle du champ électrique et des densités de particules
obtenue par le modèle a permis d'améliorer la compréhension des phénomènes physiques
gouvernant le fonctionnement de la décharge de son amorçage à son extinction.
Mots-clés : Décharge luminescente à la pression atmosphérique, Barrière diélectrique,
Modèle Fluide, Equation de convection-diffusion, Equation de Poisson.

Table des matières
Table des matières
Liste des symboles ___________________________________________________________ i
Liste des figures ____________________________________________________________ vi
Liste des tableaux _________________________________________________________ viii
Introduction générale ________________________________________________________ 1
Chapitre 1 Généralités sur les décharges électriques
1.1 Introduction ____________________________________________________________ 6
1.2 Plasmas froids _______________________________________________________ 6
 ______________________________________ 7
1.3 Grandeurs caractéristiques du plasma _____________________________________ 9
1.3.1 Densités des espèces ______________________________________________ 9
 _________________________ 9
1.3.3 Potentiel plasma ________________________________________________ 10
1.3.4 Fréquence plasma _______________________________________________ 10
1.3.5 Longueur de Debye ______________________________________________ 10
1.3.6 Longueur de Landau _____________________________________________ 11
1.3.7 Classification des plasmas ________________________________________ 11
1.4 Specificités de la pression atmosphérique _________________________________ 12
1.5 Décharges contrôlées par barrières diélectriques ____________________________ 12
Principe ___________________________________________________________ 13
1.5.1 Configurations typiques de DBD ___________________________________ 14
1.5.2 Décharge filamentaire en régime DBD _______________________________ 15
1.5.3 Claquage de type Townsend : Décharge Luminescente __________________ 17
Principe ___________________________________________________________ 17
1.6 Décharge Luminescente à la Pression Atmosphérique (DLPA) ________________ 18
1.6.1 Région cathodique et lueur négative _________________________________ 22

Table des matières
1.6.2 Espace sombre de faraday _________________________________________ 23
1.6.3 Colonne positive ________________________________________________ 24
1.6.4 Région anodique ________________________________________________ 24
1.6.5 Différents régimes luminescents ____________________________________ 24
1.7 Caractéristiques électriques ____________________________________________ 25
1.8 Les Applications Décharges contrôlées par barrières diélectriques _____________ 27
1.8.1 Activation de surface ____________________________________________ 27
1.8.2 Dépôt de couches minces _________________________________________ 28
1.8.3 Gravure et Nettoyage ____________________________________________ 29
1.8.4 Stérilisation ____________________________________________________ 29
1.8.5 Traitement des polluants gazeux ___________________________________ 30
1.8.6 Plasma au conquêt du textile ______________________________________ 30
1.8.7 Nitruration _____________________________________________________ 30
1.8.8 Panneaux à plasma ______________________________________________ 31
1.8.9 Modifications de surfaces de polymères par plasma ____________________ 31
1.9 Conclusion _________________________________________________________ 32
Chapitre 2 Modélisation des décharges électriques
2.1 Introduction ________________________________________________________ 34
2.2 Modèle physique ____________________________________________________ 34
2.2.1 Equation de Boltzmann et modèle auto-cohérent 34
2.2.2 Approche microscopique _________________________________________ 36
2.2.3. Approche macroscopique  Modèles fluides __________________________ 36
2.3 Modèle fluide à trois moments__________________________________________ 40
2.4 Modèle fluide à deux moments _________________________________________ 41
2.5 Modèle utilisé_______________________________________________________ 42
2.5.1 Equation de continuité (convection-diffusion) _________________________ 42
2.5.1.1 Approximation du champ électrique local ________________________ 42
2.5.1.2 Equation de convection-diffusion des électrons ___________________ 43
2.5.1.3 Equation de convection-diffusion des ions _______________________ 43