Modélisation des décharges électriques filamentaires

Filamentary electrical discharges modelling

• Auteur / Autrice : Delphine Bessières
• Direction : Jean-Hugues Paillol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Pau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Plasmas froids

Décharges électriques dans les gaz

Résumé

Le développement des décharges filamentaires est à la base de l'étude des propriétés diélectriques des gaz, elle trouve cependant aujourd’hui de nombreuses applications industrielles dans divers domaines où les propriétés du plasma froid créé par le développement des couronnes de streamer sont utilisées, tels que la chimie hors équilibre pour la dépollution, le traitement de surface, ou la précipitation électrostatique. La contribution à la modélisation des décharges filamentaires de type streamer présentée dans ce travail de thèse se place dans ce contexte. Cette étude consiste d’une part en la détermination d’une méthode numérique performante, adaptée aux contraintes de la propagation des streamers, à travers la comparaison de différentes techniques de résolution des équations de continuités de plasmas. La méthode numérique choisie est alors appliquée à la modélisation bidimensionnelle de décharges filamentaires en configuration d’électrodes plan-plan et pointe-plan, dans les deux polarités. En parallèle, une nouvelle technique de maillage mobile assurant une discrétisation précise des fronts d’ionisation durant la propagation est présentée. D’autre part, une étude expérimentale sur l’initiation de la première couronne négative dans l’air en géométrie pointe-plan pour différentes configurations de pointe est proposée. Cette étude s’accompagne de simulations prenant en compte une loi de conduction dans les isolants de type Poole-Frenkle modélisant l’effet Malter en surface de la cathode.

Filamentary discharges development is involved in the dielectric properties of gaseous insulators, however there has been recently a great interest also for many applications, including chemical processing applied to depollution, surface treatment, or electrostatic precipitation. In this context, the work presented here concerns a contribution to streamer discharges modelling. On one hand, the study consists in the determination of a sufficiently impressive numerical scheme to cope with streamers discharges constraints. Different advection schemes are compared, the best scheme is then applied to a two-dimensional streamer discharges modelling in point-to-plane and plane-to-plan electrode systems under positive and negative polarities. Moreover, a new moving mesh method is developed in order to track and resolve ionisation fronts during their propagation. On the other hand, an experimental study on negative corona discharge triggering in air with different cathode-point surface states is proposed. This study is presented with associated simulations which take into account conduction mecanism in the bulk of insulating layers (Poole-Frenkle law) modelling Malter effect at the cathode surface.