Modélisation et simulation numérique de la génération de plasma ...

9.3. Résultatssuivant, à t = 1030 µs, ce nuage s’est déplacé vers la cathode pour atteindre x ≃ 3 cm avecune densité qui a diminué à 10 9 cm −3 par effet de diffusion et des recombinaisons. La vitesse dedéplacement des ions est ainsi de 170 m/s environ. Ce nuage poursuit sa route vers la cathode,Figure 9.7 où l’on voit que la densité des ions positifs est très étalée. Les ions positifs sontdispersés sur une hauteur de 2 cm environ. Selon l’instant choisi, à savoir selon qu’un nuaged’ions a rejoint la cathode ou non, la densité varie de 10 8 à 10 9 cm −3 . Durant cette phase, lechamp électrique près de l’anode croît à mesure que les ions positifs s’éloignent, Figure 9.8. L’effetdes ions positifs qui consiste à masquer l’électrode s’atténue peu à peu.A l’instant t = 1173 µs, la région proche de l’anode est vide de charges. Le champ électriqueatteint alors une valeur proche de 45 kV/cm qui permet l’initiation d’une nouvelle avalancheélectronique. Les électrons nécessaires à l’initiation de ce nouveau pulse sont issus du processusd’émission secondaire par bombardement ionique à la cathode. Celle-ci produit en effet continuellementun niveau d’électrons de l’ordre de 10 2 à 10 3 cm −3 . Le nombre d’ions positifs créés lors dupulse est d’environ 10 12 par cm −3 , à t = 1174 µs. Cette charge d’espace a pour effet de diminuersensiblement la valeur du champ électrique à l’anode à des valeurs proches de 30 kV/cm, provoquantl’arrêt de l’avalanche électronique. Les électrons sont presque instantanément absorbés parl’anode, la fréquence d’échantillonage des résultats de 1 MHz ne permet pas de les observer. Lesions négatifs sont très peu nombreux et également rapidement absorbés sur leur lieu de créationunique. Il ne subsiste alors que des ions positifs qui dérivent vers la cathode.Dans ce régime de décharge, seule l’anode est le siège d’une ionisation importante. Le champélectrique près de la cathode est trop faible pour entretenir une quelconque avalanche, Figure9.9. Le champ électrique reste proche de 35 kV/cm et ce, même lors des pulses à l’anode quipourraient provoquer l’augmentation du champ par effet de redistribution. La cathode joue cependantun rôle de pourvoyeur d’électrons en complément du détachement électronique. L’étudeeffectuée grâce au modèle pseudo 1D de cette configuration Fil - Fil, au chapitre 8, a montrél’importance du bombardement ionique. La cathode donc, même si elle ne produit pas un niveauimportant d’espèces, permet l’entretien du régime de pulses observé.En conclusion, les calculs effectués sur un domaine bidimensionnel de la décharge Fil - Filmontrent un accord qualitatif avec les mesures. En particulier, le modèle 2D a la capacité dedécrire des régimes pulsés tels que ceux observés expérimentalement. Il convient cependant derester prudent et de ne pas considérer ce résultat comme définitivement acquis, étant donné queseule une échelle démonstrative, peu raffinée, est proposée ici.Du point de vue de l’aérodynamicien, la grandeur importante est toujours la force électriquequi s’exerce sur le fluide. La force moyenne sur une période du régime établi de pulses est concentréedans les régions proches des électrodes, Figure 9.10. Un pic de force d’environ 450 N/m 3s’observe près de l’anode. Ce pic est le résultat de la création périodique d’ions positifs dans unezone de champ fort. Ce niveau décroît pour atteindre 150 N/m 3 à environ 2 mm de la paroi. Ens’éloignant de l’anode, la force diminue mais s’applique sur une hauteur de plus en plus grande.135