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

Introduction
convertit l’énergie électrique en énergie mécanique. La décharge électrique est alors employée comme
système de contrôle capable d’effectuer, par l’intermédiaire du vent électrique, un soufflage tangentiel
de la couche limite afin de modifier ses propriétés, et ainsi l’amener dans un état souhaité.
L’équipe de recherche électrofluidodynamique du LEA, qui possède déjà une expérience sur le
contrôle des écoulements par décharge couronne, étudie plus particulièrement depuis quelques années
la Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) de surface comme nouveau type d’actionneur plasma.
L’étude présentée dans ce rapport a comme premier objectif, l’analyse et l’optimisation d’une
DBD de surface en terme de génération de vent induit et de consommation électrique. Dans un second
temps, il s’agit d’intégrer l’actionneur plasma ainsi mis au point sur un profil aérodynamique de type
aile (NACA 0015) et de tester son efficacité en terme de contrôle. Ces travaux se situent donc à la
frontière de deux domaines de recherche distincts. Le premier est relatif à la physique des plasmas
froids et des décharges de surface à pression atmosphérique dans l’air. Le second, quant à lui, est lié à
la mécanique des fluides et plus précisément à l’aérodynamique.
Ce mémoire s’articule donc autour de deux thèmes principaux, contenant chacun trois chapitres.
La première partie est axée sur la Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) de surface employée
comme actionneur plasma. La seconde partie est relative au contrôle d’écoulement par plasma, et
en particulier à l’effet de l’actionneur sur l’écoulement le long de l’extrados d’une maquette d’aile de
type NACA 0015.
Le Chapitre 1 présente une revue bibliographique centrée sur les décharges électriques de surface
employées comme actionneur plasma. Nous y présentons les notions nécessaires à la compréhension
de la physique des plasmas et des décharges électriques, tout en expliquant le phénomène de vent
électrique, qui à l’origine des actionneurs plasmas. Puis, nous dressons une liste des principaux
actionneurs plasmas utilisés actuellement.
Le Chapitres 2 consiste à analyser une décharge à barrière diélectrique afin de comprendre son
fonctionnement. Pour cela, une étude paramétrique est effectuée, en faisant varier certaines grandeurs
électriques (tension, fréquence), physique (permittivité diélectrique) et géométriques (largeur de
l’électrode de masse et distance inter-électrode). Des mesures électriques et mécaniques sont réalisées
et permettent de définir une configuration optimale en terme de production de vent électrique.
Dans le Chapitre 3, nous avons cherché à définir une configuration optimum en terme de vent
électrique produit, d’efficacité électromécanique et de fiabilité, afin d’intégrer l’actionneur plasma sur
un profil aérodynamique. A partir des résultats issus du chapitre 2, le développement de cet actionneur
consiste, dans un premier temps, à sélectionner une configuration souple ou une configuration rigide
de DBD. Pour cela, on étudie l’influence de l’épaisseur de la barrière isolante. Puis, nous cherchons la
forme d’onde la plus apte à permettre la génération d’un vent maximisé. Enfin, l’adjonction
d’impédance dans le circuit de la décharge, ainsi que la surimposition d’une composante continue au
signal haute tension sont expérimentées. Des mesures électriques et mécaniques sont réalisées. Puis
des grandeurs électromécaniques comme le rendement par exemple sont estimées et comparées.
Le Chapitre 4 marque le début de la partie concernant le contrôle d’écoulement par plasma. Il
présente une revue bibliographique sur le contrôle d’écoulement en général. Ce chapitre comporte
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