Etude et développement d'un actionneur plasma à décharge à ...

Introduction
Le contrôle d’écoulement est un thème de recherche capital pour les avionneurs, tant sur le plan
économique qu’environnemental. Parmi les nombreuses problématiques industrielles relatif aux
avions, le contrôle d’écoulement au-dessus d’une aile est primordial car il conditionne ses
performances aérodynamiques. En effet, une diminution de 10% de la traînée d’un avion civil entraîne
une réduction de la consommation en carburant de 50 millions de litres durant le cycle de vie de
l’appareil [1]. Les enjeux sont aussi environnementaux, les directives émises par la Commission
Européenne concernant la pollution et les nuisances sonores autour des aéroports étant de plus en plus
sévères. Une réduction de la traînée va de pair avec une réduction de la consommation et une
diminution des émissions polluantes.
L’expression “contrôle d’un écoulement” désigne l’ensemble des actions qui consistent à modifier
les propriétés de l’écoulement pour l’amener à un état souhaité. Le contrôle vise la plupart du temps à
éliminer ou à retarder le décollement de la couche limite. Aujourd’hui, sur un avion de ligne
(Figure 1), des dispositifs comme les becs mobiles et les volets de type Fowler sont utilisés pour
accroître les performances d’une aile lors des phases de décollage et d’atterrissage. Mais ceux-ci sont
chers, lourds et nécessitent un entretien régulier.
Pour palier à ces contraintes, une importante activité de recherche est menée dans le monde afin de
remplacer les dispositifs de contrôle actuellement disponibles. L’objectif à terme est d’employer des
systèmes de contrôle actif de conception moins complexe et moins pénalisants en terme de poids,
permettant en plus un contrôle en temps réel, avec un temps de réponse court. Différents systèmes sont
à l’étude, parmi lesquels on trouve par exemple les actionneurs fluidiques ou les MEMS.
(a) (b)
Figure 1. Schéma d’un profil d’aile avec bec de bord d’attaque et volets de bord de fuite (a) et photo d’une aile
de Boeing 767 avec volet de bord de fuite sorti (b).
Depuis quelques années, les décharges électriques établies dans l’air à pression atmosphérique
sont employées pour contrôler les écoulements. Dans ce cas, la décharge fait partie intégrante d’un
dispositif que l’on nomme actionneur plasma. L’actionneur plasma consiste à appliquer une différence
de potentiel entre au moins deux électrodes placées à la surface d’un obstacle. Sous l’effet du champ
électrique (par extension des forces coulombiennes), un écoulement résultant d’un transfert de quantité
de mouvement entre les espèces chargées et les neutres du gaz environnant, apparaît au-dessus de
l’obstacle : le vent électrique. L’actionneur plasma est donc un convertisseur d’énergie qui
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