En vue de l'obtention du. Présentée et soutenue par Jaime Pérez Luna Le 28 novembre 2008

Transcription

1 THÈSE E vue de l'obteto du DOCTORAT DE L UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délvé pa l'uvesté Toulouse III - Paul Sabate Dscple ou spécalté : Physque et géee des plasmas de déchage Pésetée et souteue pa Jame Péez Lua Le 8 ovembe 8 Tte : Modélsato et dagostcs d u populseu à effet Hall JURY Pésdet Rappoteus Eamateus Ivtés Domque Toublac Pofesseu Mchel Dudeck Pofesseu Fabce Dovel Decteu de Recheche CNRS Tbeu Mea Pofesseu Jea Pee Boeuf Decteu de Recheche CNRS Lauet Gagues Chagé de Recheche CNRS Gea Hagelaa Igéeu de Recheche CNRS Ae Héo Chagé de Recheche CNRS Stéphae Mazouffe Chagé de Recheche CNRS Des Aat CNES Stepha Zubach Secma Ecole doctoale : GEET Uté de echeche : LAPLACE Decteu(s de Thèse : Jea Pee Boeuf et Lauet Gagues

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3 C est cueusemet apès u gad ombe de hasads que e peu auoud hu mette su pape mes tavau de thèse. S le cho d ue thèse e populso spatale au ses lage m avat pau évdet l y a tos as la physque des plasmas m état elle complètemet coue. A l époque ecoe au Caada la possblté d u stage de f d études e populso plasmque à Oléas m avat pau ue boe occaso pou m mmsce das le mode de la echeche tout e estat das la thématque que e echechas. Le hasad a voulu que e caddate à ue thèse das u laboatoe e étote collaboato avec le laboatoe d Oléas sas e avo coassace. J a été accepté pou cette thèse et ce mausct eflète le taval effectué pedat ces tos as. Je emece doc tout d abod Stéphae Mazouffe pou m avo té à la echeche pedat mes cq mos de stage à Oléas. So dyamsme est vamet cotageu et e l e emece. C est avec beaucoup de plas que a pu cotue à tavalle avec lu pedat ma thèse. Be évdemmet e emece chaleueusemet Jea Pee Boeuf pou m avo accodé cette thèse avec pou seul cotact des covesatos téléphoques depus le Caada. Je le emece scèemet pou ses cosels et ses ctques. Je me ses vétablemet tès chaceu d avo eu Jea Pee comme decteu de thèse autat pou ses qualtés scetfques que pesoelles. Je emece auss chaleueusemet Lauet Gagues et Gea Hagelaa pou m avo accompagé das mo taval. O e peut pas êve de pae plus complémetae. Malgé ses cho footballstques douteu Lauet aua touous été là pou doe u coup de pouce et de boes dées. Gea lu aua touous ps le temps de épode à toutes mes teogatos. Je coas peu de pesoes qu eplquet auss claemet des phéomèes physques complees. Je tes égalemet à emece Jea Claude Adam et Ae Héo qu ot tout fat pou que e pusse compede e pofodeu leus tavau e épodat claemet et apdemet à la mode de mes questos. Je emece égalemet Domque Toublac pou avo pésdé mo uy de thèse Fabce Dovel Mchel Dudeck et Tbeu Mea pou leus appots as que Des Aat et Stepha Zubach pou avo fat pate de mo uy. Je emece auss le CNES et la Secma pou leu soute face. Je emece auss atuellemet tout mo etouage au laboatoe: Thomas pou ple de choses : le paapete le go le dot cvl ; Ncolas pou ses tatelettes à l amade (mmm et ses astuces e fo ; Ame pou ses cous de ال ع ر بي ة (même s a aêté au mleu e etes badae ; toute l équpe du md : Feddy Pee Beot Gweael Kemea Eca Sta les aces : Claude et Ncolas B. les ouveau : Nouedde et Ncolas K ; et ple d autes : They Jusla Abdelatf Je emece be sû auss mes colocataes du Cetal : Davd Fab et SebM. C est la f de l amoe à bêtses la f d ue époque! Je emece ma pette Jule que e vas etouve apès tos as ef pou ote pett voyage. Y gacas a Papá Mamá Ale Davd y Cesa ete otas muchas cosas po habe vedo todos a Toulouse paa m pesetacó. Boe lectue!

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5 Table des matèes Itoducto gééale... Chapte I La populso électque das l espace...5 I.A Bef hstoque... 6 I.B La populso spatale et ses besos... 8 I.B. Mssos spatales et quatfcato des besos... 8 I.B. Populso chmque et populso électque... I.C Famlle des populseus électques... I.C. Populseus électothemques... I.C. Populseus électostatques... 3 I.C.3 Populseus électomagétques... 4 I.D Populseu à effet Hall... 5 I.D. Hstoque... 5 I.D. Pcpe de foctoemet... 5 I.D.3 Populseus étudés das cette thèse... 6 I.D.4 Physque du moteu... 8 I.E Etat de la echeche e populso pa effet Hall... I.E. Etats Us... I.E. Russe... I.E.3 Euope... 3 I.E.4 Ase... 5 Chapte II Modélsato hybde d u populseu à effet Hall...9 II.A Descpto du modèle... 3 II.A. Domae de calcul... 3 II.A. Champ magétque... 3 II.A.3 Tatemet patculae des atomes... 3 II.A.4 Tatemet patculae des os II.A.5 Tatemet flude des électos II.A.6 Résoluto uméque II.A.7 Moblté aomale... 43

6 II.B Valdato du ouvel algothme flude : smulato du PPS II.B. Codtos de smulato et pefomaces gééales II.B. Compotemet statque II.B.3 Compotemet dyamque II.C Applcato: Smulato d u moteu à Double Etage... 5 II.C. Pcpe de foctoemet... 5 II.C. Foctoemet à u seul étage II.C.3 Foctoemet à double étage Chapte III Tubulece azmutale et taspot électoque...6 III.A Mafestatos de la tubulece azmutale das u populseu... 6 III.A. Poblématque de dépat : la moblté aomale... 6 III.A. Modèle PIC das les dectos aale et azmutale III.A.3 Dffuso collectve III.B Taectoes d électos das u populseu... 7 III.B. Modèle patculae des électos... 7 III.B. Défto des champs de foce... 7 III.B.3 Taectoes électoques das le populseu III.C Iteacto ode-patcule et appoche flude... 8 III.C. Iteacto ode-patcule das u champ E B costat... 8 III.C. Patcules test das u populseu Chapte IV Valdato de la modélsato : Dagostcs d u HET...97 IV.A Cade epémetal IV.A. Moye d essas PIVOINE-G IV.A. Fluoescece Idute pa Lase (LIF IV.B Gadeus dédutes des mesues pa LIF... IV.B. Sotes dectes pa LIF... IV.B. Gadeus dédutes de l équato de Boltzma... 4 IV.B.3 Valdato Numéque de la méthode... 8 IV.C Caactésato du populseu PPS X... IV.C. Pofls de vtesse moyee et dspeso... IV.C. Champ électque... 5 IV.C.3 Féquece d osato et ecouvemet des zoes... 6 IV.D Cofotato ete les ésultats epémetau et le modèle hybde 8 IV.D. PPS au omal... 8 IV.D. PPS X... Cocluso gééale...5

7 Aee A Moblté d u flude magétsé...9 Aee B Dscétsato spatale des équatos fludes...3 Aee C Méthodes d tepolato pou le modèle patculae...35 Réféeces.. 39

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9 Itoducto gééale Le peme satellte atfcel Sputk fût lacé le 4 octobe 957 pa l Uo Sovétque. Cette smple sphèe e allage métallque de 585 mm de damète ft le boheu des ados amateus e émettat pedat ous u sgal désomas mythque. Sputk bûla das l atmosphèe teeste quelques mos apès so lacemet. La sode euopéee SMART- (Small Mssos fo Advaced Reseach Techology a été lacée le 7 septembe 3 depus le cete spatal guyaas. Elle a voyagé pedat pesque 4 mos pou attede so obte luae. Dfféets stumets à bod de la sode ot as pu aalyse la suface luae pou tete de emote au oges de la Lue. Sa msso s est temée le 3 septembe 6 sot pesque tos as apès so lacemet. La sode amécae Daw a été lacée le 7 septembe 7. Elle devat attede l astéoïde Vesta stué ete les obtes de Mas et Jupte ves et ous pemette de meu compede les oges de l Uves. Les dfféeces ete ces tos egs spatau sot ombeuses. L ue d ete elles auat pems à Sputk de se mate plus logtemps e obte autou de la Tee : u système de populso. S pou des sodes lotaes comme SMART- ou Daw le beso d u populseu est évdet l l est mos pou u satellte. Poutat u satellte e obte autou de la Tee subt des fottemets et des vaatos des foces gavtatoelles qu le dévet de so obte tale. As de os ous toute msso spatale dot ête défe avec u populseu adapté que ce sot pou mate l eg à poste le populse à destato ou ecoe le amee su Tee. Le populseu est ue pèce maeue de tout véhcule spatal. Alos que deu populseus électques ot été choss pou SMART- et Daw la plupat des successeus de Sputk ot été équpés de populseus chmques. La populso électque dot l oge emote au début du XX ème sècle a poutat u gad ombe d avatages su la populso chmque. So aout maeu est sas aucu doute sa vtesse d éecto de patcules au mos u ode de gadeu supéeue à celle potetellemet attete pa la populso chmque. Cet avatage doé pa l utlsato d éege électque pou accélée les patcules pemet à ces populseus de cosomme mos de cabuat et d evsage des mssos éalsables avec u populseu chmque. Ms à pat pou quelques mssos comme celles ctées e début de paagaphe le ôle des populseus électques s est lmté à des mssos de mate e obte. Il est va que usqu à mateat ces moteus sot estés de fable pussace quelques kw avec tout au plus des poussées de l ode du Newto. La dffculté à développe des moteus de gade pussace mas auss l éege lmtée dspoble à bod d u véhcule spatal e sot les esposables. La famlle des populseus électques est ombeuse et vaée. Ue classfcato couate et smple déft tos catégoes : populseus électothemques électostatques et électomagétques. Cueusemet le moteu à effet Hall dot l étude est ustemet l obet de ma thèse est à cheval ete les deu deèes catégoes. U moteu à effet Hall combe l utlsato d u champ électque et magétque pou

10 cée pus accélée u gaz osé c est à de u plasma. Les moteus à effet Hall ot été développés e Uo Sovétque das les aées soate. Das le este du mode ce est vamet qu à pat des aées quate-vgt d que l duste spatale bééfcat de l ouvetue lée à l effodemet de l Uo Sovétque s y est téessé. Comme la plupat des techologes les moteus à effet Hall sot utlsés depus de ombeuses aées mas leu physque est pas complètemet maîtsée. La compéheso globale du moteu est suffsate pou so utlsato. Mas l améloato des pefomaces du moteu ou le développemet asoé de ouveau cocepts écesstet ue compéheso pofode de phéomèes physques qu peuvet pafos semble des détals. Et l y e a pas peu : les chagemets de mode spotaés l éoso des paos du moteu la dvegece du et d os ou ecoe le taspot des électos. E Face la céato e 996 d u goupe de echeche assemblat le Ces la Secma le CNRS et pluseus uvestés maque la voloté de ces ettés d vest das ces populseus. Ma thèse s sct das le cade de ce goupe et a été facée pa le Ces et la Secma. Le fl coducteu a été l étude du taspot électoque das le moteu. C est u des gads aes de echeche du goupe et l a été à l oge de la céato d u poet facé pa l Agece Natoale de la Recheche. Ue pate de ma thèse s est atculée autou de ce poet. Cela m a pems de tavalle avec dfféets laboatoes dot : l Isttut de Combusto Aéothemque Réactvté et Evoemet (ICARE à Oléas le Cete de Physque Théoque (CPHT à Palaseau et be sû le Laboatoe Plasma et Coveso d Eege (LAPLACE mo laboatoe d accuel à Toulouse. J a effectué pluseus séous das les deu pemes laboatoes mas la gade maoté de ma thèse s est déoulée à Toulouse. Le Goupe de Recheche Eegétque Plasma Hos-Equlbe (GREPHE développe depus pluseus aées u modèle hybde d u populseu à effet Hall. La descpto du taspot électoque das ce type de modèles est u va déf. J a doc patcpé pedat tos as à la echeche das ce domae e collaboat pou la pate epémetale avec ICARE et pou la pate de physque théoque avec le CPHT. Les chaptes de ma thèse peuvet d alleus ête assocés au actvtés meées e collaboato avec chaque laboatoe. Le peme chapte est ue logue toducto à la populso électque. Apès u bef hstoque ous veos les dfféets types de populseus électques et leu pcpe de foctoemet. L accet est esute ms su les populseus à effet Hall : leu pcpe leus pefomaces et leus caactéstques physques. Ce chapte s achève pa ue vue d esemble de la echeche e populso pa effet Hall das le mode. Das le deuème chapte ous veos les détals du modèle hybde développé pa le goupe GREPHE. Cette descpto est l occaso de pésete ue ouvelle méthode de ésoluto des équatos fludes valdée pa l étude d u populseu déà be cou. La ouvelle méthode est esute utlsée pou modélse u ouveau moteu à la cofguato magétque complee. Les poblèmes ecotés das la modélsato flude des électos ustfet le tosème chapte. Nous y veos le ôle que oue la tubulece azmutale das u populseu e mettat l accet su le taspot électoque. L tepétato des ésultats du CPHT l étude de taectoes d électos et celle de patcules test das le populseu sot autat d élémets pou fae le le ete la tubulece et le taspot des électos. Falemet ous veos das le dee chapte commet l tepétato des ésultats epémetau obteus pa Fluoescece Idute pa Lase (LIF à ICARE pemet de cofme les coclusos du tosème chapte. Ue ouvelle méthode d tepétato de ces ésultats est poposée. Elle ous

11 pemet d obte les pofls de gadeus caactésat e détal la physque du populseu et compaables au ésultats des modèles. La cofotato des ésultats epémetau avec ceu du modèle met e eegue l mpotace du taspot électoque das le foctoemet du moteu. 3

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13 Chapte I La populso électque das l espace Le pcpe de la populso électque a d abod été magé pa Tsolkovsky e 93. Apès plus d u sècle cette techologe a pas ecoe pu s mpose das l duste spatale. Elle possède poutat u ombe ceta d avatages su la populso chmque. Ete aute la plus gade vtesse d éecto de patcules das u populseu électque pemet de podue u même cémet de vtesse avec mos de cabuat. Das les aées soate l eploso de l duste spatale pedat la guee fode a tout de même pems le développemet d u gad ombe de populseus électques pou satelltes et sodes. Pam ces moteus l y a le moteu à effet Hall qu a cou u eouveau au début des aées 9. L epéece cumulée e e-uo Sovétque a pems apès l éclatemet de celle-c de pogesse apdemet e Euope das la coassace de ces moteus. E Face u goupe de echeche egoupat le Ces la Secma le CNRS et pluseus uvestés a été céé af d étude la physque de ces moteus. Le succès de la sode ESA SMART- équpée du populseu à effet Hall Secma PPS 35 a ms e évdece les avatages de ces populseus. Das ce peme chapte ous commeços pa doe u bef hstoque de la populso électque. Nous eplquos esute les avatages de la populso électque compte teu des besos actuels e populso spatale e sstat su le populseu à effet Hall. E f de chapte est doée ue lste o ehaustve des cetes de echeche e populso pa effet Hall das le mode. 5

14 I.A Bef hstoque Il peut paaîte étoat de vo à quel pot la populso électque a du mal à s mpose das l duste spatale alos que cela fat plus d u sècle que les pemes scetfques ot magé cette techologe. Alos que das l magato de ces poes la populso électque état u moye pou l Homme d eploe so evoemet spatal elle a sutout été utlsée pou le momet comme système populsf secodae pou des mssos de mate d obte. Deu asos peuvet eplque pouquo la populso électque a pas éuss à s mpose devat la populso chmque. E peme leu l faut vo à quel pot l duste spatale et aéoautque sot hstoquemet poches. Des pesoages comme Vo Bau ou Koolev ot fat leus pemes pas das l avato et l aéoautque. Mas ce sot auss leus vsages qu o assoce e peme à la fameuse couse à l espace ete les Etats Us et l Uo Sovétque pedat les aées cquate et soate. Cette couse à l espace souce de ombeuses avacées techologques et scetfques e populso spatale a lagemet pusé das les développemets mltaes e aéoautque de la secode guee modale et des aées qu l ot suve. La populso e aéoautque état lagemet domée pa la populso chmque l est pas étoat de vo à quel pot cette techologe a moopolsé la populso spatale. L assse de la populso chmque a etadé le développemet dustel de la populso électque malgé ses avatages. La deuème aso est le maque de souces d éege dspobles das l espace. Alos que la populso chmque te so éege de l éege potetelle de éacto du combuat et du combustble embaqués la populso électque a beso elle d ue souce etee d éege pou accélée les patcules. A u veau de pussace fable o peut se lmte à l utlsato de paeau solaes mas pou ue populso à tès fote pussace (MW l faut fae appel à des souces ucléaes. Des questos budgétaes poltques et be évdemmet evoemetales ot feé le développemet de telles souces. L hstoe de la populso électque au ses lage commece sas doute e 93 avec la pauto de l atcle de Kostat Eduadovch Tsolkovsky ( ttulé Fgue I-: De gauche à dote : Kostat Eduadovch Tsolkovsky ( Robet Hutchgs Goddad ( Haold R. Kaufma et A.I. Moozov. 6

15 «Ivestgato of Uvesal Space by Meas of Reactve Devces». Cet atcle clut la fameuse équato de Tsolkovsky fodemet mathématque de la populso spatale. Cette équato lu pemet d évoque l utlsato d électcté pou accélée plus effcacemet des patcules chagées das u système populsf. Cette pesée fût lagemet spée pa les tavau e physque fodametale de J.J. Thomso et pa la mse e évdece d u flu d électos etêmemet apdes das les tubes de Cookes quelques aées aupaavat. E éalté la fable masse des électos e feat u mauvas flude populsf mas appelos que ce est qu e 94 que Ruthefod caactése les os. Robet Hutchgs Goddad ( est l aute poe de la populso électque. Il ft le même asoemet que Tsolkovsky e pesat à l utlsato de patcules tès apdes et fut le peme à popose le bevet d u accéléateu électostatque d os desté à la populso. A ces deu oms l faut aoute Yu V. Kodatyuk ( et Hema Julus Obeth ( comme pèes fodateus de la populso électque. Il faut esute attede ue tetae d aées pou vo Est Stuhlge (93-8 sot la populso électque de l ombe. C est auss das ces aées quaetecquate que le développemet des souces d os DC et RF ouve de ouvelles pespectves. Stuhlge puble e 964 u ecuel éféece ttulé «Io populso fo Space Flghts» et les aées soate voet sug les pemèes cocétsatos des théoes de Tsolkovsk gâce à de gads pogammes de echeche au Etats Us et e URSS. Autou de l utlsato de l éege électque o vot alos appaaîte de ombeu cocepts : ésstoets acets souce d os déchages e champ magétque. A Tsokolsvky e URSS et Goddad au Etats Us succèdet espectvemet A.I. Moozov et Haold R. Kaufma. Kaufma et les Etats Us se touet dès le mleu des aées soate ves les populseus oques avec le développemet de deu populseus de ce type e 964 das le cade du pogamme SERT I (Space Electc Rocket Test I. E URSS Moozov et so équpe se touet ves les moteus de Hall et 97 maque la pemèe utlsato d u moteu de Hall à bod du satellte Meteo. Vet alos l eploso des mses e obte de satelltes pou des applcatos de commucatos météoologques d obsevato de avgato ou ecoe mltaes. La populso chmque est estée la techologe péféée pou ces mssos mas cette eploso a pems de éalse plus d ue cetae de démostatos de la fasablté et de la fablté de la populso électque. Cette étape de valdato est dspesable pou l affmato d ue techologe. Des mssos comme Deep Space sode NASA équpée du moteu oque NSTAR ou SMART- 3 sode luae ESA équpée du moteu à effet Hall PPS 35 4 ot pems de elace avec foce l téêt poté à la populso électque pa l duste spatale. De os ous la tedace gééale est à la fote pussace af de satsfae la demade commecale cossate e satelltes géostatoaes louds. A plus log teme o evsage égalemet la tès fote pussace pou peut-ête ef vo le êve des pemes poes éalsé et utlse la populso électque pou des vols teplaétaes habtés. 7

16 I.B I.B. La populso spatale et ses besos Mssos spatales et quatfcato des besos Défto et quatfcato des besos Les egs spatau sot désomas ompésets das l actvté humae que ce sot e météoologe commucatos obsevato défese ou eploato. Be qu l sot dffcle d avo u chffe eact o peut estme à u mlle le ombe de satelltes atfcels e obte autou de la tee 8. A ces satelltes o peut aoute le lacemet d u aute bo mlle de sodes spatales. Il y a doc ue gade vaété d egs spatau et ue gade vaété de mssos spatales chacue ayat des besos be spécfques. Patculèemet pou les mssos lotaes des sodes où chaque cas est u cas à pat. Les mssos des satelltes commecau estet plus stadadsées. Ue msso spatale peut tout de même ête décte de faço schématque e tos étapes pou u satellte teeste et quate étapes pou ue sode teplaétae. Ces étapes sot llustées su la Fgue I-. La pemèe étape est la mse e obte povsoe de la chage pa le laceu. Vet esute le passage de l obte povsoe à l obte fale. Cette étape est souvet dvsée e chagemets successfs d obtes plutôt qu u seul chagemet d obte. Pou u satellte ue fos e obte l sufft de mate so obte et so oetato. Pou ue sode apès la mse e obte d etacto teeste vet l étape de cosèe pus la etée e obte d seto. Chaque pate de la msso a des besos patcules e temes de populso et ue soluto adaptée à ue pate de la msso e le sea pas du tout pou ue aute. Pa eemple le lacemet écesste ue poussée colossale au détmet d u bo edemet alos qu ue coecto d obte favosea u melleu edemet pou ue poussée elatvemet fable. U système populsf spatal est caactésé pa l éecto de patcules. La cosevato de la quatté de mouvemet du système global est à l oge de la poussée tasmse à 3' 3 4' Fgue I- : Etapes smplfées d ue msso d u satellte ou d ue sode : lacemet tasfet d obte 3 mate d obte 3 cosèe 4 etée e obte. 8

17 m(t dt dm m(t - dm v(t v(t - v e v(t dv Fgue I-3 : Pcpe de cosevato de la quatté de mouvemet pou u eg spatal los de l éecto du gaz populsf. l eg spatal e éacto à l éecto des patcules. Cette lo de cosevato est llustée su la Fgue I-3 et s éct su ue duée élémetae dt : mdv = v dm e (I- ce qu tégé ete l stat tal au epos et l stat fal doe la fameuse équato de Tsolkovsky : m v = ve l (I- m f Cette équato ele l cémet de vtesse à fou v à la vtesse d éecto v e et au masses tale m et fale m f de l eg. L cémet de vtesse v est couammet utlsé pou déf les besos populsfs d ue msso. Peos l eemple d u satellte géostatoae. Il y e a evo 3 d opéatoels actuellemet 8. La pemèe étape de sa msso est le passage de so obte de tasfet à so obte géostatoae fale (obte à 36 km das le pla de l équateu. Le v écessae est d evo 5 m/s. Le système populsf dot esute assue le mate e obte du satellte ecl à des petubatos. Ete aute le o-algemet du pla de l équateu avec le pla de otato de la Tee autou du Solel ou celu de la Lue autou de la Tee est esposable d ue déve Nod-Sud du satellte (souvet otée NSSK pou Noth South Stato Keepg. Cette coecto écesste u v de 5 m/s pa a. E f de ve la satellte dot ête ms su ue obte «cmetèe» ce qu equet 4 m/s. Ue même msso equet doc des v dfféets de pluseus odes de gadeu. Sot o dspose d u système populsf capable de s adapte à chaque v sot l faut pévo u système populsf pou chaque beso. Pou ue msso teplaétae l cémet de vtesse est e gééal de quelques km/s. S mateat o cosdèe u v doé la masse de cabuat à embaque m c est : v m c = m ep (I-3 v e Cette elato pemet doc d obte pou ue msso doée la masse de cabuat écessae e focto de la vtesse d éecto du flude populsf. E plus de so cémet de vtesse u populseu peut ête caactésé pa : 9

18 Sa poussée: foce de éacto due à l éecto des gaz qu populse l eg spatal doée pa l équato de Newto : T = m& ve [N] où m& est le débt de flude populsf éecté. So mpulso totale : poussée du moteu multplée pa la duée de foctoemet : I = T t = mv & e [Ns]. So mpulso spécfque: temps duat lequel le moteu peut fou ue poussée égale à so pope pods : ISP = T / m& g [s] où g o est la costate de gavtato teeste (9.8 m/s². So edemet total : appot ete la pussace covete e poussée et la pussace foue P: η = T / m& P. I.B. Populso chmque et populso électque Le pcpe de foctoemet d u populseu chmque est smple. Ue éacto chmque chauffe u mélage de gaz. Ce gaz chaud est éecté pa ue tuyèe adaptée. L éege themque de éacto est tasfomée e éege cétque. Das u populseu électque au ses lage 9 c est l éege électque qu est tasfomée e éege cétque. Sot o utlse cette éege électque pou chauffe u mélage éecté pa ue tuyèe (populseus électochmques sot o l utlse pou accélée dectemet des patcules chagées (populseus électques au ses stct. Le descptf de chaque type de populseu est doé das la sute. Cette dfféece das la souce d éege e fat deu famlles complètemet dfféetes. Les caactéstques pcpales de deu moteus de chaque famlle sot doées su le Tableau I-. La vtesse d éecto d u populseu chmque est lmtée pa l éege themque de éacto. O peut espée attede au plus quelques km/s. L téêt de la populso électque est ustemet d éecte des patcules beaucoup plus apdes. Les vtesses d éecto e populso électque sot u ode de gadeu au dessus de celles attetes e chmque sot quelques dzaes de km/s. L téêt d augmete la vtesse d éecto appaaît claemet su l équato (I-3. Pou u cémet de vtesse doé la masse de cabuat à embaque dmue losque la vtesse d éecto augmete. Pou Catégoe Chmque Electque Moteu Moteu à Hydaze (N H 4 CHT- Moteu à effet Hall PPS -35 ISP (s 7 Poussée (N 8 - Temps de poussée (h 46 5 Combustble cosommé (kg 5 8 Impulso totale (Ns Tableau I- : Compaaso des pefomaces d u moteu chmque et d u moteu électque pou satellte.

19 les fables cémets le appot de masses de flude populsf est égal au appot des vtesses d éecto. O peut doc e théoe gage u ode de gadeu su la masse à mette e obte. Ce ga se épecute dectemet su le p de mse e obte du satellte. E éalté le ga de masse est pas auss mpotat. U populseu électque a ue masse sèche e gééal plus gade que celle d u populseu chmque équvalet à cause de dves élémets aoutés comme le module d almetato électque. A tte llustatf le cotôle d u satellte géostatoae ayat ue masse de 5 toes et ue duée de foctoemet de 5 as écesste evo toes de masse embaquée pou u populseu à hydaze (chmque et.6 toes pou u moteu de Hall (électque. Le ga de masse este quad même cosdéable (appot 4. C est sas doute cet aspect commecal qu est u des atouts maeus de la populso électque patculèemet pou les louds satelltes géostatoaes de commucatos. D aute pat les gades vtesses d éecto des moteus électques pemettet d evsage des mssos lotaes accessbles au moteus chmques péalsés pa ue masse embaquée de combustble top gade. L aute avatage de la populso électque est u melleu edemet (typquemet 5 % pou u moteu de Hall cote % au meu pou u moteu à hydaze. La possblté d avo des vtesses d éecto plus gades se tadut égalemet pa ue ISP au mos u ode de gadeu supéeu. E cote pate les moteus électques développés usqu à mateat e fousset que des poussées elatvemet fables (féeues à N. Les moteus chmques eu fousset faclemet cet ode de gadeu. Pa eemple ue tuyèe éectat gamme pa secode d u mélage N-H à 3 K fout ue poussée de l ode de 3 N. U moteu plasma éectat Ampèe de éo (débt de.3 mg/s accéléé sous 4 V fout ue poussée de 3 mn. Les mssos écesstat ue fote poussée pedat u temps cout e peuvet doc pas ête assuées pou le momet pa des moteus électques. Cette lmtato vet de la dffculté à développe des moteus électques de tès fote pussace mas sutout comme dqué e début de chapte de la lmtato de pussace électque dspoble à bod. Pou des satelltes louds o peut espée dspose de kw pou le système populsf ce qu pemettat d attede avec les techologes actuelles des poussées de l ode du Newto. Des pussaces plus élevées pou des mssos lotaes écessteaet ue souce de pussace ucléae comme magé das le pogamme VASIMR de la NASA.

20 I.C Famlle des populseus électques Les populseus électques peuvet ête classés e tos catégoes 9 : populseus électothemques (ou électochmques : l électcté est utlsée pou chauffe le flude combustble qu est esute éecté pa ue tuyèe ; le chauffage peut ête effectué gâce à u plasma. populseus électostatques : des os sot etats d ue souce de plasma fod pus accéléés pa u champ électque. populseus électomagétques : la combaso d u champ électque et magétque podut ue foce de Loetz capable d accélée u plasma et de fou la poussée. Das la sute sot doés des eemples das chaque catégoe. I.C. Populseus électothemques Les populseus électothemques sot e fat tès poches des populseus chmques classques. La seule dfféece est que le chauffage du flude populsf est asssté das ce cas pa l éege électque. L acet fat pate de cette famlle de populseus. So pcpe est llusté su la Fgue I-4. U plasma d ac (d où so om chauffe le combustble le plus souvet de l hydaze (N H 4 ou de l ammoac (NH 3 et c est l epaso du gaz das la tuyèe de sote qu assue la poussée. Le débt (quelques mg/s est ecté e fod de chambe ; le plasma d ac est céé ete ue aode etee et ue cathode tooïdale e tugstèe. Le couat est de quelques dzaes d Ampèe pou des pussaces électques de l ode du kw. Le gaz peut attede K. Ce type de moteu a déà été utlsé e vol pou le satellte ado AMSAT-OSCAR 3 lacé e 988 ou le satellte géostatoae TELSAT lacé e 993 et équpé de quate populseus de type acet. L covéet maeu de ces populseus est l éoso de la combustble aode cathode déchage Fgue I-4 : Schéma de foctoemet (gauche d u acet ; la photo (dote coespod à l acet ATOS (75W développé à l Isttut fü Raumfahtsysteme Abtelug Raumtaspottechologe de l Uvesté de Stuttgat.

21 cathode tee. I.C. Populseus électostatques Les populseus électostatques sot le type de moteus électques le plus souvet utlsé usqu à mateat et cela sas doute gâce au fot vestssemet des Etats-Us dès les aées soate-d. La plupat des populseus électostatques sot des populseus à glles patculèemet célèbes apès le succès de la sode d eploato Deep Space équpée du moteu à glles NSTAR. O peut égalemet cte comme mssos les mssos poèes SERT I et II 3 la toute écete Daw 4 ou ecoe la msso euopéee ARTEMIS 5 dot les moteus à glles RITA développés pa Astum ot d alleus été utlsés be au delà de leu cahe de chages tal 6. Le foctoemet d u populseu à glle est déct su la Fgue I-5. Des os sot etats d u plasma pus accéléés pa u champ électque ce qu cée la poussée. Le gaz (souvet du éo est ecté das ue souce Kaufma costtuée d amats pemaets. Les électos sot fous pa ue cathode tee à l etémté de la souce Kaufma. Ue dfféece de potetel de quelques dzaes de Volts est applquée ete les paos de la chambe et la cathode tee. Les électos pégés pa le champ magétque sot alos suffsammet éegétques pou ose le flu ecté. E sote de la souce Kaufma ue pemèe glle chagée postvemet pemet de epousse les électos et ue deuème glle chagée égatvemet accélèe les os. La eutalsato du et est assuée pa ue cathode ceuse etee. A tte dcatf le moteu NSTAR a foctoé plus de 6 heues. Le damète du moteu est de 3 cm l fout ue poussée de 9 mn u ISP de 3 s pou u débt de.5 mg/s et ue pussace électque de.3 kw et ue effcacté de 6 %. Sa veso commecalsée XIPS a équpé 9 satelltes depus 997 pcpalemet pou des mssos de mate à poste. Les covéets des populseus à glles sot : l usue des glles d etacto et la desté de couat d os etate lmtée pa la Lo de Chld-Lagmu. amats N S ecto déchage Fasceau d'os électos N glle postve glle égatve eutalseu Fgue I-5 : Schéma de foctoemet d u moteu oque à glles (gauche et photo du moteu améca NSTAR (dote. 3

22 I.C.3 Populseus électomagétques La deèe catégoe est celle des populseus électomagétques dot les plus cous sot les populseus magétodyamques (MPD. Ces dees sot potetellemet tès téessats pou la populso spatale mas la pussace électque écessae à leu foctoemet (MW les ed pou le momet utlsables su ue platefome covetoelle équpée de paeau solaes capables de fou ue telle pussace. Ils ot commecé à ête étudés das les aées quate-vgt e e-urss otammet au MAI à Moscou. Ils sot basés su l utlsato de la foce de Loetz gééée pa la combaso d u champ électque et d u champ magétque. Leu stuctue est eplquée su la Fgue I-6. Le combustble souvet de l hydaze ou de l ago est ecté das la chambe pcpale pou ête osé pa le champ électque applqué ete la cathode tee et l aode. Le couat pacouat le plasma céé ete la cathode et l aode dut u champ magétque pepedculae au champ électque à l oge de la foce de Loetz. C est cette foce qu accélèe le plasma. A des pussaces fables (< kw ce foctoemet pose des poblèmes ca le champ magétque dut est top fable pou cée ue foce de Loetz suffsate. E patque au fable pussaces o utlse u champ magétque etee af d augmete les pefomaces du moteu. Ue veso améloée de ce type de populseu est actuellemet e développemet à l Uvesté de Pceto sous la decto d Edga Choue : le Lthum Loetz Foce Acceleato (LLFA 7. U pototype de ce populseu a été testé à Pceto pedat 5 h avec ue poussée de N ue mpulso spécfque de 45 s u débt de.7 g/s et ue pussace de 4 kw. Cette étude s sct e fat das le lage pogamme mate de la NASA qu evsage à tès log teme des vols habtés ves Mas. ecto lges de couat cathode B - F L aode Fgue I-6 : Populseu Magétodyamque (MPD : schéma de foctoemet (gauche et photo (dote du moteu LLFA au Lthum développé pa l Uvesté de Pceto e collaboato avec le MAI. 4

23 I.D I.D. Populseu à effet Hall Hstoque Comme toute classfcato celle poposée à l stat est pas pafate. Le populseu à effet Hall (HET est d alleus dffcle à postoe das ue des tos catégoes metoées ; l seat à place ete les populseus électostatques et électomagétques. Electostatque s o cosdèe que c est le champ électque dut das le plasma qu accélèe les os et cée la poussée. Electomagétque s o cosdèe que c est la foce de Loetz eecée su le couat de Hall qu est à l oge de la poussée. Les populseus à effet Hall ot été développés e e-urss au début des aées soate avec à la tête A.I. Moozov 8. L effot de echeche meé usqu à l effodemet de l Uo Sovétque (evo pesoes tavallat su le suet das les aées quate-vgt a cstallsé u gad savo-fae autou d sttuts tels que Fakel TsNIIMASH MAI ou Kuchatov. La lste des moteus de Hall développés e Russe est logue: SPT-5 SPT-6 SPT-7 SPT- SPT-4 SPT-6 SPT-8 T-6 D-38 D-55 La sée des SPT a été uméotée à pat du damète etee de chaque moteu (damète de mm pou le SPT. Le peme satellte équpé d u moteu à effet Hall Meteo a été ms e obte e 97 et depus plus de satelltes ot utlsé des moteus à effet Hall. Au début des aées quate-vgt d apès l éclatemet de l URSS l Euope et les Etats-Us se sot fotemet téessés à cette techologe e étudat de pès le populseu SPT-. La Secma a alos commecé à développe ses popes moteus dot le PPS 35 populseu pcpal de la sode SMART-. E 996 a été céé e Face le Goupemet De Recheche (GDR «Populso Spatale à Plasma» egoupat le Ces la Secma le CNRS et pluseus uvestés façases. La caactésato epémetale des moteus s est atculée autou du moye d essas PIVOINE 9 (mateat PIVOINE-G au Laboatoe d Aéothemque (mateat ICARE à Oléas. L effot de modélsato a été pcpalemet meé au laboatoe LAPLACE à Toulouse et au CPHT à Palaseau. I.D. Pcpe de foctoemet Le pcpe de foctoemet d u moteu à effet Hall (HET est déct su la Fgue I-7. Le moteu est cyldque. Il est composé d u caal de déchage cyldque potégé pa des paos e céamque (souvet du BN-SO de bobes foussat u champ magétque etee d ue cathode etee et d ue aode et d u ecteu e fod de caal. Le éo est ecté au fod du caal de déchage au veau de l aode. Ue dfféece de potetel de quelques cetaes de Volts est applquée ete l aode et la cathode. Ue pate des électos éms pa la cathode se dge ves l etée du caal de déchage. Ceu-c sot pégés à l etée du caal pa le champ magétque etee céé pa les bobes (mamal et quasmet adal à cet edot et céet u fot couat pepedculae au champ magétque das le ses azmutal : c est le couat de Hall. Le champ magétque de quelques cetaes de Gauss est chos de faço à 5

24 Fgue I-7 : Vue schématque du foctoemet d u populseu à effet Hall classque. pége les électos mas pas les os. L augmetato du temps de ésdece des électos pemet ue osato quasmet complète du éo ce qu édut le taspot collsoel électoque et efoce le pégeage magétque. La basse de coductvté ésultate cocete la maeue pate du champ électque pès du pla de sote où le champ magétque est le plus fot. Les os de éo (pesque eclusvemet Xe sot éectés du caal pa ce fot champ électque et poduset la poussée. Le et d os est eutalsé pa des électos éms pa la cathode. La pésece du champ magétque est doc à l oge des phéomèes d osato et d accéléato ce qu évte d utlse des glles etactces comme das les populseus à glles. La desté de couat d os est doc pas lmtée pa la lo de Chld- Lagmu et la poussée pa uté de suface obteue avec u moteu à effet Hall peut ête supéeue à celle d u moteu oque à glles. I.D.3 Populseus étudés das cette thèse Nous pésetos c les deu populseus étudés das cette thèse : le PPS et le PPS X. PPS Le PPS (ace SPT-ML a été développé au GREMI e s spat fotemet du SPT- usse. C est doc le moteu à effet Hall de éféece das la gamme de 6

25 Fgue I-8 : Pse de vue d u PPS 35 (gauche et d u PPS 5 su u bac d essas (dote. pussace du kw. Il a été développé das u but académque avec ue gade fleblté géométque et magétque et étudé epémetalemet à Oléas depus le début du GDR. Ses pcpales caactéstques et pefomaces au égme omal sot doées das le Tableau I-. Le caal de déchage fat.5 cm de log. Les ayos tee et etee du caal sot de 3.5 et 5 cm espectvemet. L aode est stuée e bout de caal avec l ecteu. Le champ magétque est céé pa ue bobe tee et quate bobes etees as que pa u ccut magétque adapté pou que le champ sot adal et mamum pès du pla de sote du caal. Le mamum de champ magétque e égme omal est de 5 G obteu avec u couat de bobes de 4.5 A. Le débt de éo est de 5 mg/s et la Moteu PPS PPSX Caactéstques géométques Logueu caal (cm Rayo tee (cm Rayo etee (cm 5 7 Posto cathode (cm/ae 8 Caactéstques physques Teso déchage (V 3 5 Débt Xéo (mg/s 5 6 Couat déchage (A Pefomaces Poussée (mn 8 35 ISP (s 7 3 Redemet (% 5 58 Tableau I- : Caactéstques géométques et physques et pefomaces du PPS et du PPS X pou des cas de éféece. 7

26 teso de déchage de 3 V ce qu pemet d obte u couat de déchage de 4. A et ue poussée de 8 mn (pods d ue pèce de cetmes d euo. La pussace électque est de 35 W et le edemet de 5 %. So ISP est d evo 7 s. Comme ous l avos dqué ce populseu a été développé das u but académque mas le PPS 35 (35 W de pussace électque au omal a des caactéstques et des pefomaces smlaes. PPS X Be que toute la physque des populseus à effet Hall e sot pas ecoe maîtsée cette techologe a déà fat ses peuves e vol das la gamme de pussace de à kw pou le mate à poste de petts satelltes. La floaso du maché des satelltes géostatoaes de commucato comme ceu de la platefome Alphabus développée pa Thales Alea Space et Astum cée u beso e populseus das la gamme des 5 kw. Ces populseus assueaet le mate e obte Nod/Sud mas pouaet égalemet assste la populso chmque das les maœuves de chagemet d obte. C est pou épode à ce beso que la Secma a décdé de développe le PPS 5 capable de foctoe avec u bo edemet à fote ISP pou le mate d obte et à fote pussace pou le chagemet d obte. Ue photo du moteu est doée su la Fgue I-8. Ses caactéstques et pefomaces sot ésumées su le Tableau I-. Le PPS X est u modèle de laboatoe du PPS 5. Il est capable d opée à ue pussace électque d ete 4 kw et 6 kw avec ue poussée allat de 5 à 35 mn et u ISP allat de 7 à 8 s. I.D.4 Physque du moteu Ce que l o comped Peos le cas du PPS à so égme omal. Le débt de éo est de 5 mg/s la teso de déchage de 3 V. Les pofls de champ électque et de champ magétque sot epésetés su la Fgue I-9. Das la zoe de fot champ magétque le ayo de Lamo de l électo est de l ode du mllmète alos que celu des os est de l ode du mète. Le pégeage magétque des électos tès effcace das cette égo povoque la cocetato du champ électque à cet edot là ; c est la zoe d accéléato poche du pla de sote. Ue pate de l accéléato se fat à l etéeu du caal. Les os de éo pcpalemet des os smplemet chagés Xe sot céés uste avat cette zoe das la zoe d osato. Plus de 9% du débt ecté est osé. La desté du plasma est de quelques 8 m -3 das la zoe d osato pus décoît le log du caal avec l accéléato des os. Tous les os e sot pas céés au même potetel le et e sote est pas moo-éegétque. La focto de dstbuto du et d os est étalée autou d ue éege poche de la teso de déchage applquée. O touve as des os lets et des os tès apdes poduts pa des oscllatos tempoelles de la zoe d accéléato. Ete et % du couat d électos éms pa la cathode ete das le caal et set à l osato. L éege moyee des électos e dépasse pas 3 ev ce qu est suffsat pou ose le éo dot le potetel d osato est de.3 ev. Le este des électos éms pa la cathode est écessae pou eutalse le et d os et e pas chage égatvemet le satellte. Le et d os est e gééal légèemet clé pa appot à l ae ce qu se tadut pa ue pete 8

27 d effcacté de poussée pusque seule la composate aale de la poussée est utle. Toutes ces caactéstques peuvet ête ésumées e défssat des effcactés patelles pou u moteu : m v mxei I Xe v η = cos θ = ηη cη eη de em& I tot ev v η d (I-4 où m Xe est la masse du éo I le couat d os m& le débt V la teso applquée et v la vtesse des os e sote. Chaque effcacté coespod das l ode à : l effcacté d osato le appot des couats l éege du fasceau d os la dspeso e éege du fasceau et la dvegece du fasceau pa appot à l ae. Ce que l o e comped pas La plus gade coue das la physque des moteus à effet Hall cocee sas aucu doute le taspot électoque. C est d alleus le fl coducteu de cette thèse. S o sat qu ete et % des électos éms pa la cathode etet das le caal o e sat pas commet ceu c avet à passe la baèe magétque. La desté de eutes pès de l aode est de l ode de 9 - m -3 mas elle chute d au mos deu odes de gadeu losqu o se appoche de la cathode (tous les os ot été alos osés. Ue desté de eutes auss fable apès la zoe d osato e peut pas eplque pa le mécasme collsoel classque le taspot électoque. O pale alos de taspot «aomal» dot o essaye depus pluseus aées d eplque l oge. Il y a d autes coues das la physque de ces moteus : éoso aomale des céamques chagemets de mode etc. Ces poblèmes e seot pas tatés das cette thèse. Champ magétque (G..7.3 B E pla de sote (cm 4 3 Champ électque (kv/m Fgue I-9 : Pofls aau du champ magétque (gs et électque (o d u PPS das le cas de éféece : teso de 3 V et débt de 5 mg/s. 9

28 I.E Etat de la echeche e populso pa effet Hall S à l oge les populseus à effet Hall ot été développés e e-urss depus pluseus aées les Etats-Us l Euope et le Japo ete autes ot fotemet vest das cette techologe et développé leus popes moteus. O etouve doc des cetes de R&D u peu patout das le mode. O popose c u ecuel o ehaustf des pcpau cetes de echeche e populso pa effet Hall das le mode. Leu localsato géogaphque est doée su la Fgue I-. O se lmte pcpalemet au cetes académques ou ayat u le étot avec la echeche académque. La quatté de tete accodée à chaque cete est pas touous popotoelle à la qualté ou la quatté des actvtés meées. Pou coaîte e détal ces caactéstques l est cosellé de se éfée au publcatos doées e éféece ou lstées das les stes Iteet fous. I.E. Etats Us Au Etats Us la plupat des pogammes de echeche e populso pa effet Hall sot facés pa la NASA ou pa l US A Foce. Il y a de ombeu laboatoes dédés à la populso électque au ses lage et u gad ombe d ete eu dédet ue pat de leu echeche à la populso pa effet Hall. Les pages Iteet de chaque laboatoe sot les seules éféeces doées; le lecteu est lbe d alle cheche d avatage d fomatos su chaque laboatoe. Coloado State Uvesty Electc Populso ad Plasma Egeeg (EPPE : dgé pa Paul J. Wlbu. Les echeches das ce laboatoe coceet sutout les populseus oques à glles mas quelques études éalsées su les cathodes ceuses et l éoso des céamques peuvet auss ête téessates pou la populso à effet Hall. Geoga Isttute of Techology Hgh Powe Electc Populso Laboatoy (HPEPL : dgé pa le Pofesseu Mtchell Walke. Ce eue laboatoe (5 tavalle actuellemet su la éducto des collsos des os avec les paos af d augmete le edemet de poussée des moteus. Le but est de valde la techque su u modèle de laboatoe. Jet Populso Laboatoy (JPL Calfoa Isttute of Techology Pasadea 3 : l y pas de pogamme de echeche pope à l uvesté mas u gad ombe de collaboatos avec le JPL. Au JPL le goupe de populso électque est dgé pa Ia Katz. Les echeches coceet sutout la modélsato des populseus et patculèemet les déchages à cathodes ceuses.

29 Modélsato Epéeces Mte Etats-Us EPPE Coloado State Uvesty HPEPL Geoga Isttute of Techology JPL-Cal.Tech Pasadea 4 SPL MIT 5 PEPL Uvesty of Mchga NGPDG Uvesty of Mchga ISP Mchga Techologcal Uvesty EPPDyL Pceto Uvesty PPPL Pceto Uvesty SPPL Stafod Uvesty Euope ICARE Oléas GREMI Oléas LPGP Osay 4 CPHT Palaseau 5 LPTP Palaseau LAPLACE Toulouse Uvesta d Ba Uvesta d Psa Cetospazo-Alta 8 Uvesdad Poltécca de Madd IPPT Vasove ASRI Hafa Holo Isttute of Techology 3 Soeq NRC 4 KhAI Khakov 5 ESA Noodwk Russe 3 TsNIIMASH EDB Fakel RIAME-MAI 4 Keldysh Reseach Cete 5 MIREA Ase Kyushu Uvesty Osaka Isttute of Techology Uvesty of Tokyo 4 HIT Haeb 5 KAIST Pusa Natoal Uvesty 3 3 Fgue I- : Cate des pcpau cetes de echeche e populso pa effet Hall das le mode. U cecle o désge u cete oeté ves la modélsato et u blac u cete oeté ves l epémetal (ce qu e veut pas touous de qu u cete sot eclusvemet dédé à ue des deu actvtés. U cecle des deu couleus s téesse au deu aspects.

30 Massachusetts Isttute of Techology Space Populso Lab (SPL 4 dgé pa le pofesseu Mauel Matez-Sachez. Leus aes de echeche sot : l étude de la plume de moteus à fote ISP la modélsato de l éoso das le caal de déchage le développemet de moteus matusés la modélsato de la moblté électoque aomale avec dfféets modèles et le développemet d u moteu à effet Hall coque. Chaque actvté est détallée das le ste Iteet éféecé. Uvesty of Mchga Plasmadyamcs ad Electc Populso Laboatoy (PEPL 5 dgé pa le pofesseu Alec D. Gallmoe. Ce goupe a ue gade epéece epémetale des populseus à effet Hall. Il possède ue gade chambe à vde de 9 m de log et 6m de damète et ue plus pette de 3 m de log et m de damète. Ce laboatoe a étudé ou développé cootemet des moteus de la NASA de Busek ou ecoe de Patt & Whtey. Uvesty of Mchga Noequlbum Gas ad Plasma Dyamcs Goup 6 dgé pa le pofesseu Ia D. Boyd. Ce laboatoe s téesse d avatage à la modélsato de la déchage et de l éoso das les moteus as qu à des modèles de plume. Le goupe est e étote collaboato avec le laboatoe vos du PEPL. Mchga Techologcal Uvesty Io Space Populso Lab (ISP 7 dgé pa le pofesseu Lyo B. Kg. Ce laboatoe étude l aspect epémetal et uméque des moteus à effet Hall. Les echeches coceet : les moteus à Bsmuth la modélsato themque des moteus la topologe magétque des moteus et la dyamque des électos. Pceto Uvesty Electc Populso ad Plasma Dyamcs Lab (EPPDyL 8 dgé pa le pofesseu Edga Y. Choue. Tadtoellemet ce goupe est plutôt poté su l aspect epémetal des moteus même s das les deèes aées quelques echeches ot été fates su l aspect théoque. Le laboatoe dspose de quate chambes à vde adaptées à dfféets usages. Pceto Uvesty Pceto Plasma Physcs Laboatoy (PPPL 9. Le Hall Thuste Epemet est dgé pa le pofesseu Nathael Fsch. Le laboatoe dspose de deu chambes à vde et étude les moteus sutout d u pot de vue epémetal. Les echeches actuelles coceet u moteu à effet Hall cyldque (u à kw et u aute à W u moteu à électodes fagmetées et l étude des effets aodques et de l émsso secodae d u pot de vue epémetal. Stafod Uvesty Stafod Plasma Physcs Laboatoy (SPPL 3 dgé pa le pofesseu Mak A. Cappell. Ce laboatoe étude l aspect epémetal et théoque des moteus à effet Hall. Les echeches coceet la modélsato des moteus avec des modèles fludes ou hybdes et l étude epémetale de moteus à Bsmuth. I.E. Russe S l fomato coceat les laboatoes amécas est elatvemet smple à obte (Iteet c est lo d ête le cas pou les laboatoes usses. Poutat l actvté das le domae des populseus à effet Hall e Russe cotue à ête etêmemet fote 3. La echeche das ce domae pofte ecoe de l avace acquse à la f du XX ème sècle. Elle est lagemet epésetée das la lttéatue. Les moteus à effet Hall estet la base de l actvté usse e populso électque. Les éféeces à mette pou chaque cete

31 seaet top ombeuses. O doe e gééal ue éféece écete pou chaque cete. TsNIIMASH est ue gade stuctue dépedat dectemet de l agece spatale usse. Le laboatoe de populso électque est dgé pa Aleade V. Semek. Le specte de echeche de cet ogasme est etêmemet lage. Il comped l étude de moteus de fable pussace (D-38 et de moteus tès fote pussace (VHITAL-6 utlsat du Bsmuth. Depus quelques aées l accet est auss ms su l teacto ete la plume et le satellte 3 avec u gad ombe de smulatos uméques mas auss beaucoup de mesues e vol à pat des ombeu satelltes usses équpés de moteus à effet Hall. L éoso et la caactésato epémetale de la plume sot d autes aes de echeche du cete. Fakel : c est le pcpal développeu de moteus fable pussace e Russe. Les sées SPT ot équpé la gade maoté des satelltes usses à populso électque. Ue poche collaboato avec Secma a pems le développemet du PPS 35. Cetas des moteus SPT ot été développés 33 e collaboato avec le laboatoe RIAME MAI plus ceté su la echeche. Reseach Isttute of Appled Mechacs ad Electodyamcs (RIAME - Moscow Avato Isttute (MAI: le dépatemet de populseus statoaes à plasmas est dgé pa V.I. Kozlov. Vladm Km est checheu das ce dépatemet. Le RIAME a éomémet cotbué au développemet des SPT usses. Actuellemet les echeches sot aées su: la modélsato cétque des teactos moteu/satellte l éoso et la cotamato du satellte et la caactésato epémetale des SPT 33. Keldysh Reseach Cete : le dépatemet d électophysque est dgé pa Oleg A. Goshkov. Ce cete de echeche a développé des populseus à effet Hall das dfféetes gammes de pussace mas a égalemet ue actvté mpotate de echeche. Le cete dspose de pluseus cassos à vde pou l étude epémetale des moteus. Les echeches coceet pcpalemet l améloato de la duée de ve des moteus de fable pussace 34. Cec passe pa l étude epémetale de l éoso des céamques ou ecoe de l fluece du champ magétque. Moscow Isttute of Rado-egeeg Electocs ad Automatcs (MIREA : La secto d accéléateus plasma est dgée pa A.I.Bugova. L actvté y est avat tout epémetale. Les deèes aées l accet a été ms su l améloato des moteus avec l aout d odes RF et su le développemet de ouveau cocepts e pateaat avec Secma comme le moteu ATON ou SPT-MAG 35 (moteu à double étage. I.E.3 Euope Electc Populso Laboatoy ESTEC ESA 36. Ce laboatoe est dgé pa José Gozalez del Amo. Il dspose de pluseus cassos à vde. Il déped de l Agece Spatale Euopéee (ESA et a doc pou vocato d assue ue pate de la R&D des mssos euopéees e temes de populso comme SMART-. Pou l stat les actvtés e populso pa effet Hall se sot lmtées à des suvs e vol (PPS 35 de SMART- ou des essas de moteus. 3

32 Face E Face la echeche e populso pa effet Hall s atcule autou du Goupemet de Recheche «Populso spatale à plasma» céé e 996 pa le Ces la Secma le CNRS et pluseus uvestés. Les gads aes de echeche du GDR das les deèes aées sot : la compéheso du taspot électoque et oque avec la céato d u poet de l Agece Natoale de la Recheche (ANR TELIOPEH ; l étude de l éoso des céamques ; l étude des chagemets de mode des moteus développés. O cte c les laboatoes ayat ue actvté pemaete au se du GDR : Isttut de Combusto Aéothemque Réactvté et Evoemet (ICARE Oléas 37. L équpe de populso électque est ecadée pa Stéphae Mazouffe. ICARE dspose du moye d essas atoal PIVOINE compeat le casso à vde das lequel sot éalsés la plupat des tavau epémetau du GDR. Les deèes campages ot ms l accet su l étude du taspot oque gâce à des mesues pa LIF. Goupe de Recheche su l Eegétque des Mleu Iosés (GREMI 38 Oléas. Ttaa Gbet est e chage des moteus plasmas. Ce goupe étude égalemet les moteus d u pot de vue epémetal. U pett moteu à amats pemaets est actuellemet à l étude. Laboatoe de Physque des Gaz et des Plasmas (LPGP 39 Osay. Das les deèes aées Dael Pago a tavallé actvemet su l éoso aomale des céamques pa spectoscope d émsso avec pluseus epéeces éalsées à PIVOINE. Cete de Physque Théoque (CPHT 4 Ecole Polytechque Palaseau. Das ce laboatoe Jea Claude Adam et Ae Héo ot ms au pot u modèle etèemet patculae de la déchage du moteu etêmemet utle pou la compéheso du taspot électoque das le moteu. Laboatoe de Physque et Techologe des Plasmas (LPTP 4 Ecole Polytechque Palaseau. Domque Gésllo a ms e œuve ue epéece de dffuso collectve à PIVOINE af de caactése la tubulece azmutale das les moteus à effet Hall. Laboatoe Plasma et Coveso d Eege (LAPLACE 4 Toulouse: le Goupe de Recheche Eegétque Plasmas Hos-Equlbe (GREPHE est dgé pa Jea Pee Boeuf. Depus le début du GDR ce goupe modélse de faço flude ou hybde la déchage plasma des moteus à effet Hall as que la plume. Les echeches sot actuellemet cocetées su l étude du taspot électoque (thème cetal de cette thèse et su l optmsato du champ magétque das les moteus e collaboato avec l équpe GREM3. Itale Uvestá d Ba Dpatameto D Chmca. L actvté de echeche à Ba se lmte au modèles de déchage du moteu développés pa Facesco Taccoga 43. Uvestá d Psa Cetospazo Alta 44. Cet esemble compose u gad pôle de echeche das la égo de Pse. Cetospazo cocete l actvté de echeche théoque autou du pesoel de l Uvesté de Pse. Alta cée e 999 s occupe de l actvté dustelle. Le cete est dgé pa le pofesseu Maao Adeucc. Depus 4