Cinétique des ions dans les gaz moléculaires par simulations de Monte Carlo classique et optimisée : détermination des données de base dans l'air

Kinetics of ions in molecular gases from classical and optimized monte carlo simulations: determination of basic data in air

• Auteur / Autrice : Ali Hennad
• Direction : Mohammed Yousfi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et ingénierie des plasmas de décharge
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Résumé

Ce travail est consacre a la simulation numerique de la cinetique des ions dans les gaz moleculaires faiblement ionises se trouvant dans un regime de non-equilibre thermique et a la determination des donnees de base ioniques (potentiels d'interaction, sections efficaces, et parametres de transport) necessaires a la modelisation des decharges electriques hors equilibre. Il s'agit des donnees de base de certains ions dans l'oxygene, l'azote et l'air utiles notamment a l'etude des dispositifs de depollution des gaz d'echappement par plasmas non-thermiques. Apres avoir rigoureusement etudie et analyse plusieurs types de potentiels d'interaction, il apparait que les potentiels de polarisation et de lennard-jonesn-6 sont les plus appropries pour decrire les interactions ion-molecule respectivement aux faibles et aux valeurs plus elevees de l'energie des ions. Ils permettent notamment de determiner les sections efficaces integrales et surtout differentielles capables de rendre compte de l'anisotropie des collisions elastiques ion-molecule. Ensuite, on a developpe une methode de simulation statistique de monte carlo pour etudier le transport des ions en prenant en consideration les processus collisionnels specifiques aux systemes ion-molecule comme la diffusion elastique anisotrope ou le transfert de charge resonant ou non-resonant, ou encore l'excitation vibrationnelle des molecules par impacts ioniques. Puis cette methode de monte carlo a ete optimisee en ajoutant un processus collisionnel supplementaire fictif de creation d'ions afin d'ameliorer la precision des calculs en presence de certains processus de disparition des ions. En utilisant ces techniques de monte carlo couplees a une methode d'ajustement des sections efficaces a partir des parametres de transport, les donnees de base (sections efficaces et parametres de transport) ont ete determinees dans le cas des ions d'azote et d'oxygene dans leurs gaz parents (n#+#2/n#2, n#+/n#2, o#+#2/o#2, o#-#2/o#2, o#+/o#2, et o#-/o#2). L'influence de l'anisotropie des collisions elastiques sur les parametres de transport pour deux systemes particuliers (n#+#2/n#2 et o#-/o#2) a ete ensuite discutee en montrant que son influence est importante uniquement dans le cas des systemes asymetriques. Ensuite, afin de pouvoir etudier le transport des ions dans les melanges d'azote et d'oxygene tels que l'air, les donnees de base des ions d'azote et d'oxygene ont ete determinees d'abord dans leurs gaz non-parents et ceci pour la premiere fois dans la litterature dans des systemes comme o#+#2/n#2, o#+/n#2, n#+#2/o#2, et n#+/o#2. Apres avoir analyse et discute la non-validite des lois de linearite en fonction du champ, l'ensemble des sections efficaces deja obtenues dans les gaz parents et non-parents a permis de determiner les parametres de transport des ions n#+#2, o#+#2, n#+, et o#+ dans les melanges de gaz n#2-o#2 comme l'air pour des champs allant de 1 td jusqu'a environ 1000 td