Modélisations numériques bidimensionnelles du transport des particules et photons dans des gaz ionisés : application au xénon sous excitation laser et à la propagation d'une décharge monofilamentaire à barrières diélectriques dans l'azote

2-D numerical modeling of particle and photon transport in ionized gases. Application to xenon under laser excitation and to the propagation of a monofilamentary dielectric barrier discharge in nitrogen

• Auteur / Autrice : Julien Capeillère
• Direction : Marie-Claude Bordage, Neermalsing Sewraj
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie des plasmas et des décharges
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Excitation électronique

Réactions de transfert de protons

Plasmas (gaz ionisés)

Mots clés libres

Modélisation numérique

Laser

Photoionisation

Azote

Effet photoélectrique

Décharge monofilamentaire à barrières diélectriques

Xénon

Rayonnement UVL

Résumé

Dans la perspective d'applications de sources de rayonnement ultraviolet lointain (UVL), ce travail a pour objet d'amorcer l'étude de la propagation d'une décharge à barrières diélectriques (DBD) monofilamentaire dans le xénon. Pour cela, les travaux de modélisations numériques 2D se sont déroulés en trois étapes. Pour se familiariser avec la cinétique du xénon, une première partie a consisté à étudier la dynamique des particules et émissions UVL consécutive à l'ionisation à (2+1) photons. Le second volet s'est attaché à développer des méthodes numériques performantes (précision, temps de calcul, stockage mémoire) utilisées pour traiter la photoionisation, l'effet photoélectrique et partiellement le transfert de rayonnement de résonance. Dès lors, le modèle de DBD existant dans l'azote a été adapté à la situation expérimentale (excitation sinusoïdale) pour comparer les évolutions temporelles des courants induits par la décharge, obtenus expérimentalement et par calculs.

In view of applications of VUV radiation sources, this work aims at initiating the study of the propagation of a monofilamentary dielectric barrier discharge (DBD) in xenon. So, the 2-D numerical modeling works have been achieved in three steps. To get acquainted with xenon kinetics, the first part has been devoted to study the particle and VUV emission dynamics following (2+1) multiphoton ionization. The second step has been focused on the development of high-performance numerical methods (precision, calculation time, memory storage) used for the treatment of photoionization, photoelectric effect and partly resonant radiation trapping. Then, the existing DBD model for nitrogen has been adapted to the experimental situation (sine wave excitation mode) so as to compare the temporal evolutions of the experimental current induced by the discharge, with the calculated one.