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

f
j
1. Revue bibliographique sur les décharges et les actionneurs plasmas
j
j
p e n
EHD = − −
(1.9)
μ p μe
μn
Or dans un plasma collisionnel la densité de courant est bien décrite par l’équation dite de dérivediffusion
:
j = en μ E − eD ∇n
j
j
p
e
n
e
p
n
e
n
p
= en μ E + eD ∇n
= en μ E + eD ∇n
e
n
p
e
n
p
(1.10)
où E est le champ électrique et Dp,e,n est le coefficient de diffusion des particules chargées. Ainsi
grâce à la relation d’Einstein sur le coefficient de diffusion on arrive à l’expression finale de la force
EHD totale par unité de volume :
EHD
( n − n − n ) E − [ ∇(
n kT ) + ∇(
n kT ) + ( n kT ) ]
f = e
∇
(1.11)
p
e
n
p
p
Selon cette équation, on voit clairement que la force EHD est non nulle uniquement dans les zones
hors équilibre. En effet, dans les zones neutres où le plasma est uniforme, il y a autant d’espèces
négatives que positives, et les gradients sont nuls, donc la force EHD est nulle. Par contre dans une
région non neutre, il existe une force volumique qui va mettre le fluide en mouvement. C’est souvent
le cas dans les régions unipolaires, comme par exemple la zone de dérive des ions dans une décharge
couronne, créant ainsi le vent électrique.
1.3.4. Rendement électromécanique
Le rendement des actionneurs plasmas est donné comme étant le rapport entre la puissance
électrique dépensée et la puissance mécanique produite :
P méc
η = (1.12)
P
D’après Goldman et al. [19], à peine 5% de l’énergie consommée par la décharge est utilisé dans
les réactions d’ionisation. Ceci signifie qu’environ 95% de l’énergie électrique fournie est dissipée soit
sous forme de chaleur soit sous forme de rayonnement. Qui plus est, ce rendement n’est pas le même
selon la configuration géométrique retenue. Par exemple, les décharges volumiques ont un bien
meilleur rendement que les décharges surfaciques. Des mesures effectuées au LEA par Léger [25] ont
montré que les rendements d’une décharge couronne de surface ne dépassent pas les 3%, en
présence d’un écoulement extérieur.
1.4. Les différents types d’actionneurs plasmas surfaciques
Les actionneurs plasmas de surface ont été développés récemment (milieu des années 90) et font
l’objet de nombreuses études expérimentales et numériques. Le fait que ces décharges soient
surfaciques induit d’importantes différences par rapport aux décharges volumiques présentées
e
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n
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