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

Chapitre 2Physique des décharges électriquesLe plasma est nommé "quatrième état de la matière" après les états solides, liquides et gazeux.Historiquement, le terme plasma a été introduit la première fois par le physicien américain IrvingLangmuir en 1928. Le plasma est défini comme un gaz ionisé globalement neutre.Un plasma est un gaz qui a été soumis à une énergie suffisante pour dissocier les électrons desatomes. On parle alors du phénomène d’ionisation. Les particules ainsi formées ont un comportementdifférent des molécules neutres puisqu’elles sont sensibles au champ électromagnétique.Chaque particule chargée développe un tel champ autour d’elle et agit sur les autres particulesde manière à minimiser l’énergie. Une source externe peut également produire un champ électromagnétiqueet modifier le mouvement des espèces chargées.Dans ce chapitre, un bref rappel sur la cinétique des gaz, inspiré de Braithwaite [8], estd’abord proposé. On s’attache ensuite à décrire les principales caractéristiques des plasmas pours’intéresser finalement aux décharges électriques se produisant à la pression atmosphérique, représentativesdes décharges utilisées dans le domaine de l’électroaérodynamique.2.1 Éléments de base de la cinétique des gazSi l’on considère un gaz électriquement neutre, les molécules qui le composent ont un mouvementrapide isotrope qui est caractérisé par une énergie moyenne. Cette énergie moyenne estreliée à la température cinétique k B T. La pression P g est une mesure de la densité d’énergiethermique associée au nombre N g de molécules du gaz par unité de volume,P g = N g k B TLa vitesse moyenne d’agitation thermique v d’une molécule de masse M est d’environ 414 m/spour l’air à la température ambiante (M ≃ 4,8.10 −26 kg pour un mélange de 80% de N 2 et de20% de O 2 de masses molaires respectives 28 g/mol et 32 g/mol),√2kB Tv =M13