Self organisation phenomenon in a dielectric barrier discharge
Phénomène d'auto-organisation dans une décharge à barrière diélectrique
Résumé
Dielectric Barrier Discharge (DBD) starting from Townsend breakdown and used in glow discharge regime can lead to homogenous discharge or patterned discharge. Due to a large variety of observed structures and their similarity with other domains, DBD are of great scientific interest in non-linear dynamics systems.
Numerical calculations or experimental studies of complex systems need to be simple and reliable. A great part of this thesis work was to improve an experimental device to obtain reproducible results and to develop a zero dimension numerical model performing faster calculations retaining the essential discharges physic. A two dimensions preexisting model was also used. These three tools, by their complementarity and their versatilities, allowed us to go further in understanding discharge mechanisms.
In the beginning of this work, one of the main questions was: "What is responsible for instability in a dielectric barrier discharge leading to spatial structure?". To answer, one of the studies consisted to add an impurity in a discharge and to look the consequences combining numerical and experimental devices. Discharges were performed in rare gas such as helium, neon and argon and nitrogen was used as an impurity. One of the main results shows that Penning effect plays a central role in discharges structuring. Other studies consisted of identifying the factors responsible for the size of the filaments or to approach the spatialization of a discharge from coupled 0D models.
Une décharge à barrière diélectrique (DBD) provenant d’un claquage de type Townsend et entretenue dans un régime luminescent peut aboutir à une décharge d’apparence homogène ou filamentaire. Grâce à une importante variété de structures filamentaires observables et à leurs similarités avec les structures observées dans d’autres domaines, les DBD sont d’un grand intérêt en dynamique des systèmes non linéaires.
Numériques ou expérimentaux, les moyens d’études de systèmes complexes se doivent d’être en premier lieu fiables et simples. Une grande partie du temps de cette thèse a consisté à mettre en place un dispositif expérimental permettant d’obtenir des résultats reproductibles et à élaborer un code numérique de décharge à zéro dimension permettant des calculs rapides tout en conservant la physique essentielle des décharges. Un code fluide à deux dimensions préexistant a aussi été utilisé. Ces trois outils, par leurs complémentarités et leurs versatilités propres, ont offert des possibilités d’investigations plus poussées qu’auparavant.
La question principale posée au début de la thèse concerne l’origine de l’instabilité d’une décharge menant à une structuration spatiale. Pour y répondre, une des études visa à regarder l’influence de l’ajout d’une impureté sur les paramètres expérimentaux observables grâce à la combinaison de résultats expérimentaux et numériques. Les décharges ont été réalisées dans les gaz rares tels que l’hélium, le néon et l’argon et l’impureté ajoutée est de l’azote. L’un des principaux résultats montre que dans le néon, l’effet Penning joue un rôle central dans la structuration. D’autres travaux menés en parallèle ont entre autres visé à identifier les facteurs responsables de la taille des filaments ou à aborder la spatialisation d’une décharge à partir de modèles 0D couplés.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)