Modélisation électrohydrodynamique d'un réacteur plasma hors équilibre de dépollution des gaz

Electro-hydrodynamic modelling of a non-equilibrum plasma reactor for gas cleanup

• Auteur / Autrice : Olivier Ducasse
• Direction : Olivier Eichwald
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et ingénierie des plasmas de décharge
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrofluidodynamique

Décharges électriques dans les gaz

Pollution atmosphérique -- Lutte contre

Plasmas (gaz ionisés)

Propulsion par réaction

Mots clés libres

Dépollution des gaz par décharge couronne

Modélisation bidimensionnelle des streamers

Techniques numériques pour la résolution des équations elliptiques

Cinétique chimique

Concentrations des espèces radicalaires

Optimisation et parallélisation de code

Résumé

Cette thèse concerne la simulation des ondes d'ionisation (streamer) créées à pression atmosphérique entre une pointe et un plan, dans les conditions expérimentales d'un réacteur corona de dépollution des gaz d'échappement. Un code informatique bidimensionnel (code 2D) a été mis au point en symétrie cylindrique. Il résout, par la méthode des volumes finis, les équations fluides de continuité relatives au bilan du nombre d'espèces chargées (électrons et ions), couplées à l'équation de Poisson pour le calcul du champ électrique. La cinétique chimique prend en compte les collisions entre espèces (ionisation, attachement, recombinaison), la photoionisation, l'effet photoélectrique à la cathode et l'émission secondaire due au bombardement ionique. La modélisation de la dynamique des particules chargées a été couplée à la modélisation de la cinétique chimique des espèces radicalaires dans le but d'estimer leur nature, localisation et densité durant la phase de décharge. Une étude a été menée tout d'abord sur l'efficacité de plusieurs schémas numériques d'ordre 2 pour la résolution de l'équation de continuité. Cet ouvrage a été réalisé dans les conditions d'un test mathématique contraignant qui génère de forts gradients de densité en mouvement dans un champ de vitesse inhomogène. Ensuite, les schémas numériques ont été appliqués à une simulation dite 1,5D de l'évolution d'un streamer. En outre, les performances du code 2D ont été comparées avec un code de type éléments finis développé à l'Université de Patras (Grèce), dans le cadre d'une collaboration interuniversitaire. La confrontation des résultats de simulation avec ceux issus de l'expérience dans le cas d'une décharge couronne pointe-plan, dans l'air et à pression atmosphérique, a notamment conduit à l'estimation de la production des radicaux atomiques durant la phase de décharge.