N d ordre : 2288 THESE présentée pour obtenr LE TITRE DE DOCTEUR DE L INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : GEET Spécalté : Géne électrque Par M. SALANNE Jean-Phlppe Ttre de la thèse «Contrôle du pont de fonctonnement des décharges électrques par l ntermédare de leur almentaton.» Soutenue le 18/11/2005 devant le jury composé de : M. ROJAT Gérard Présdent MM. CORMIER Jean-Mare FOCH Henr FULCHERI Laurent GABLE Glles PIQUET Hubert ZISSIS Georges Rapporteur Invté Membre Membre Drecteur de thèse Membre
Remercements Les travaux présentés dans ce mémore ont été réalsés au sen du groupe "Système" du Laboratore d Electrotechnque et d Electronque Industrelle (LEEI), unté mxte de recherche CNRS-INPT nº5828. Je tens à remercer : Monseur G.ROJAT et Monseur JM.CORMIER pour avor accepté d être rapporteurs de cette thèse. Monseur L.FULCHERI pour nous avor donné l opportunté de tester nos almentatons sur un dspostf de décharge réel, et pour avor accepté de partcper à l évaluaton de ces travaux. Monseur G.ZISSIS pour les dscussons que nous avons partagées sur une problématque commune aux plasmas et au géne électrque. Monseur G.GABLE pour avor accepté de fare parte du jury. Je tens auss à exprmer route ma reconnassance à Monseur H. PIQUET pour la confance qu'l m'a accordée en acceptant de m'encadrer durant ces tros ans. Pour sa présence et son ade effcace, partculèrement lors de la rédacton du mémore. Je remerce également Monseur H. FOCH pour sa dsponblté, son ade préceuse et ses remarques toujours judceuses. Je remerce auss Monseur Y.CHERON, drecteur du LEEI, pour avor accepté de me recevor au sen de son laboratore, ans que Monseur X.ROBOAM, responsable du groupe "Système", pour son accuel au sen du groupe.
Je voudras auss remercer Sophe, ma femme, pour le souten ncondtonnel qu elle m apporte chaque jour. Je ne voudras pas oubler mes collègues de bureaux qu m ont supporté lorsque je coulas sous mon ordnateur lors de la mse au pont des smulatons. Ans que ceux de salle de manpulaton qu ont réuss à survvre aux nusances acoustques sur toute la gamme de fréquence attegnable par les convertsseurs que j a testés. Par alleurs, je ne sauras oubler dans mes remercements les ensegnants, les chercheurs et les personnels technques et admnstratfs du LEEI et du groupe "Système".
Sommare Table des matères Introducton générale...1 Chaptre I : Présentaton des décharges... 7 1) Un peu d hstore... 7 a) Décharge électrque et plasma dans la nature... 7 b) Les premères expérences :... 9 2) Type de décharges... 11 a) Décharges ponte-ponte... 11 b) Décharges ponte-plan... 12 c) Décharges plan-plan... 14 3) Applcatons ndustrelles... 14 a) Dépolluton, tratements des déchets... 14 b) Métallurge... 16 c) Catalyse de réactons chmques... 17 d) Dépôts et gravure... 18 e) Lumère... 19 4) Almentatons fréquemment utlsées... 19 a) Source de courant... 20 b) Source de tenson... 21 5) But recherché... 21 Chaptre II : Couplage entre la décharge et l almentaton - modélsaton... 25 1) Caractérstque et couplage... 25 a) Couplage entre l almentaton et la décharge... 25 b) Concluson sur les couplages... 32 c) Caractérstque tenson/courant du gaz...33 2) Phénomènes physques et formulatons mathématques... 35 a) Grandeurs physques consdérées... 35 b) Phénomènes électrques de base de la décharge... 39 c) Influences des caractérstques du réacteur sur le comportement électrque de la décharge... 46 d) Concluson sur les caractérstques électrques d un dspostf... 48 e) Modélsaton générale... 49 3) Modèle flamentare... 56 a) Modèle crcut de la décharge... 56 b) Comparason des modèles en régme statque... 67 c) Comparason des modèle en régme dynamque... 69 4) Modèle dscrétsé... 72 a) Dscrétsaton... 72 b) Exemple d applcaton pour une décharge mono flamentare... 79 c) Smplfcaton du modèle dscrétsé et applcaton à une décharge glssante... 82 5) Concluson... 91 Chaptre III : Identfcaton numérque des paramètres d un modèle... 95 1) Objectfs recherchés... 95
Sommare 2) Méthode d dentfcaton... 96 a) Défnton du modèle... 96 b) Méthodes d dentfcaton... 98 c) La méthode d dentfcaton du modèle... 101 3) Mse en œuvre de la méthode du modèle... 106 a) Conventons utlsées pour décrre le modèle... 106 b) Interface mse en oeuvre... 108 c) Calcul des gradents... 111 d) Paramètres de l dentfcaton... 112 e) Résultats d dentfcaton... 112 f) Applcaton à l dentfcaton des paramètres d un dspostf de décharge... 114 4) Concluson... 116 Chaptre IV : Décharge à courant contnu... 119 1) Pont de fonctonnement recherché... 119 a) Structure de pussance proposée... 120 b) Dmensonnement des composants... 126 c) Commande proposée... 134 d) Almentaton ndustrelle... 146 2) Extenson de la plage de fonctonnement... 149 a) Contrantes due au couplage entre l almentaton et la décharge... 150 b) Contrôle ndrect de la tenson de sorte... 159 c) Evaluaton des performances des commandes proposées... 170 d) Fourchette courant/tenson... 174 3) Partculartés du fonctonnement du gldarc résultant de son almentaton par une source de courant... 179 4) Concluson... 182 Chaptre V : Dspostf à barrère délectrque... 185 1) Présentaton du pont de fonctonnement recherché... 185 2) Equatons aux électrodes... 186 a) Phénomène général... 186 b) Phénomènes partculers... 194 3) Dspostf d nvestgaton expérmental... 196 4) Modélsaton... 201 a) Gaz... 202 b) Délectrque... 203 c) Modèle de l almentaton... 209 5) Valdaton expérmentale... 210 a) Courbes expérmentales... 210 6) Concluson... 218 Concluson générale... 221 Bblographe... Annexe : calcul des gradents pour l dentfcaton... 1 Annexe : mse en équaton du système pour la smulaton d une décharge entre deux ponts... 5 Annexe : lste des programmes pour l dentfcaton... 9 Annexe : schéma des cartes électronques de commande... 11 a) Les temps morts... 11
Sommare b) Geston du flux dans le transformateur... 12 c) Geston des sécurtés... 14 d) Fltrage des mesures... 15 e) Régulaton de courant avec une fourchette à fréquence fxe... 16
Introducton générale
Introducton générale Chaque dspostf à décharge possède un pont de fonctonnement électrque, caractérsé par un couple tenson/courant, qu dépend de sa géométre et des gaz utlsés, mas également de la source électrque qu l almente. Chaque pont de fonctonnement est donc lé aux couplages entre l almentaton et la décharge électrque ; ces couplages provennent des phénomènes nternes à la décharge, ans que de ceux qu dépendent des caractérstques de l almentaton. Pour maîtrser complètement le pont de fonctonnement électrque de la décharge, l faut donc connaître les phénomènes électrques dans la décharge, les phénomènes propres à son almentaton et les nteractons entre eux. Les décharges électrques sont étudées dans le cadre des laboratores des plasmas ou des mleux onsés afn de connaître leur composton chmque, leur température et leurs proprétés lumneuses. Dans la majorté des cas, on sat ben les modélser, qu l s agsse des plasmas à l équlbre ou des plasmas hors équlbre. Ces modélsatons permettent de smuler le comportement physque nterne (composton, température ) de la décharge sur des durées de pluseurs mcrosecondes, vore davantage, avec des temps de smulaton qu peuvent, dans le cas de modèles précs, se compter en semanes. Les almentatons électrques sont étudées dans des laboratores d électronque et de géne électrque afn de caractérser leur comportement électrque et de réalser leur concepton. Ces almentatons sont ben modélsées et leur mse au pont fat largement appel à la smulaton. Les modèles utlsés permettent de smuler le comportement électrque (sur la base des grandeurs tenson et courant) de l almentaton sur des horzons de temps de pluseurs centanes de mllsecondes, vore davantage, avec des temps de smulaton de quelques mnutes. Lorsqu on connecte un dspostf de décharge à une almentaton électrque, ce sont donc deux mondes, qu n ont pas les mêmes habtudes, les mêmes échelles de temps n les mêmes préoccupatons qu se rencontrent. Ce n est pas la premère fos que des études sont menées sur les décharges électrques et leurs almentatons, mas l y a toujours une certane méconnassance du comportement électrque des plasmas par les électroncens de pussance. 1
L objectf de cette thèse est de contrbuer à amélorer le contrôle du pont de fonctonnement électrque de la décharge, par son almentaton électrque. Pour cela, on procède par ncursons dans le domane des plasmas, pour étuder le comportement électrque du gaz. Cela nous permet de meux comprendre les nteractons électrques entre la décharge et son almentaton. Dans le premer chaptre on présente quelques procédés ndustrels utlsant des plasmas, ans que les almentatons tradtonnellement utlsées. Ce premer chaptre même s l n est pas ndspensable à la compréhenson globale de ces travaux permet de présenter succnctement quelques applcatons ndustrelles des décharges électrques. La premère parte du chaptre 2 (pages 25 à 32) montre, de manère smplfée, comment est défn le pont de fonctonnement électrque d une assocaton générateur électrque/charge à décharge. Ensute, la deuxème parte de ce même chaptre (pages 33 à 48) décrt les phénomènes lés aux décharges électrques. Cette parte, écrte par un électroncen de pussance, ne saurat, en aucun cas, être exhaustve et complète sur les phénomènes se déroulant dans les plasmas et décharges. Elle décrt les prncpaux phénomènes prs en compte lors de notre étude du comportement électrque de la décharge. Elle ne sera donc utle qu aux personnes méconnassant le domane des plasmas, qu cherchent à comprendre les prncpaux phénomènes à l orgne du comportement électrque, «vu des bornes», de la décharge. A partr de ces phénomènes smples et de leurs équatons générales (décrtes de la page 49 à 51), on se propose de modélser le comportement électrque de la décharge. Il est ben entendu que la plus complète des modélsatons proposées ne sera pas auss précse que la plus smple des modélsatons utlsées par les physcens des plasmas. Pour avor des temps de smulaton acceptables pour un électroncen de pussance (qu se place dans l optque de la mse au pont du générateur), l faut s affranchr d un grand nombre d nformatons concernant la décharge, cec dénature beaucoup, vs à vs de la physque de la décharge, les équatons que nous utlsons. Ces smplfcatons permettent d ntrodure des modèles smplfés, dt «OD», d une décharge électrque lnéque (pages 56 à 69). Nous développons ensute (pages 72 à 88) un modèle dscrétsé pour smuler le comportement électrque de décharge dont le leu vare dans le temps (notamment le phénomène d arc glssant). Le fat d avor smplfé les équatons mplque, s l on prétend être réalste dans les smulatons, une phase d dentfcaton des paramètres des modèles à l ade de méthodes adaptées : comme on le verra, les phénomènes prs en compte sont pour la plupart 2
«moyennés» et de ce fat, les paramètres des équatons qu les décrvent sont dffclement accessbles. La méthode d dentfcaton utlsée est décrte dans le chaptre 3. On y présente dfférentes méthodes d dentfcaton (pages 95 à 101) ans que la méthode que nous avons retenue et mplémentée sous Matlab (pages 101 à 112). L étude théorque, décrte dans les chaptres 2 et 3, a été condute en parallèle avec la mse au pont d almentatons de décharges électrques. Cela a perms de valder mutuellement d une part les modèles étudés et d autre part les commandes mses en œuvre pour contrôler la décharge électrque. L étude d une almentaton pour les décharges à courant contnu est présentée au chaptre 4. Ce chaptre développe un processus de réflexon qu condut à la concepton et au dmensonnement d une almentaton à courant contnu pour almenter et contrôler un dspostf de décharge (page 119 à 148). Un pont partculèrement mportant est la mse en évdence et l analyse des nteractons entre la décharge électrque et l almentaton (pages 150 à 159) : celles c sont explotées pour la mse au pont de modes de contrôle adaptés au fonctonnement dans dfférentes zones de la caractérstque tenson/courant (pages 149 à 179) de la décharge. Une étude smlare est menée pour l almentaton de décharges à barrère délectrque. Après avor présenté la partcularté physque de ce dspostf (pages 185 à 196) on développe un modèle permettant la mse au pont par smulaton de son almentaton (pages 201 à 218). 3
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Chaptre 1 : Présentaton des décharges Chaptre I : Présentaton des décharges 5
Chaptre 1 : Présentaton des décharges 6
Chaptre 1 : Présentaton des décharges Chaptre I : Présentaton des décharges 1) Un peu d hstore Les premères tentatves de compréhenson des plasmas et des décharges électrques ne sont pas récentes, même s l apparton du concept de plasma ne date que des années 1930. Des phénomènes naturels, souvent spectaculares, mettent en jeu des arcs et des plasmas. Ils ont ntrgué les hommes et motvé des recherches qu débouchent aujourd hu sur l utlsaton ndustrelle des plasmas. Mas d abord, défnssons ce que sont un arc et un plasma. Un arc électrque est une décharge lumneuse à travers un gaz, caractérsé par une grande densté de courant et un fable gradent de potentel. Le plasma est souvent consdéré comme le quatrème état de la matère ; c est un ensemble, plus ou mons dense, de partcules onsées. Après avor montré où l on observe ces phénomènes, nous verrons quels sont les chercheurs qu ont contrbué à leur compréhenson. a) Décharge électrque et plasma dans la nature Deux phénomènes naturels connus mettent en jeu les éléments que nous étudons. - La foudre : lorsque de l'ar frod recouvre de l'ar chaud, les condtons sont favorables au déclenchement des orages. De volents courants d'ar vertcaux entraînent l'humdté, les fragments de glace, les grêlons et les gouttelettes d'eau à l'ntéreur des nuages. On ne connaît pas encore exactement les mécansmes à l'orgne de la tenson qu se forme dans les nuages d'orage, mas cette tenson est nfluente sur des dzanes, vore des centanes de klomètres. Lorsque la tenson est suffsante, on peut observer des éclars entre les nuages et le sol (25% d entre eux) ou entre les nuages eux-mêmes. Ces arcs ont des vtesses de propagaton de l ordre de 200km/sec. Leur tenson est de l ordre 7
Chaptre 1 : Présentaton des décharges de 100 mllons de Volts et ls sont parcourus un courant de 30000 Ampères [1]. Ce sont donc des phénomènes développant beaucoup de pussance et très vsbles pour l homme. [2] Fgure 1 : Foudre (Photo Fédératon Françase de Montagne et d Escalade) - Aurore polare : les aurores polares apparassent, vues depus la Terre, comme des taches ou des bandes de lumère, souvent strées, un peu comme des rdeaux lumneux se balançant dans un courant d'ar. Elles sont surtout de couleur verte ou rouge. On peut les observer pendant pluseurs dzanes de mnutes. On les observe à des lattudes vosnes de 70 degrés, c'est à dre en Scandnave, au Nord de la Sbére, au Canada, en Alaska, ou - au Sud - aux abords du contnent Antarctque. Ces lumères aurorales sont émses à des alttudes comprses entre 80 et 150 klomètres, dans l'onosphère. La lumère des aurores provent des collsons entre des partcules rapdes provenant de la magnétosphère et les atomes et ons de l'onosphère. Les aurores boréales sont les aurores polares que l'on observe dans l'hémsphère Nord ; les aurores australes sont observées dans l'hémsphère Sud. [3] [4] Fgure 2 : Aurore boréale (Photo Vncent Génot) 8
Chaptre 1 : Présentaton des décharges - Beaucoup d autres phénomènes naturels font ntervenr les plasmas, mas se développent alleurs que sur terre. Les étoles, les comètes peuvent être consttuées de plasma et génèrent des vents de plasmas autour d eux. En cela, l élément que nous étudons a beaucoup marqué l magnaton commune ; l homme a cherché à comprendre, pus à domestquer ce phénomène. b) Les premères expérences : C est au XVIII sècle que l on s est rendu compte que la foudre et l électrcté étaent deux phénomènes lés. Les scentfques de l époque ont cherché à comprendre l orgne des phénomènes lés, notamment, à l électrcté statque. Ensute, ls créèrent le vocabulare pour explquer ces phénomènes ; voc quelques expérences et étapes hstorques marquantes dans la compréhenson et la formalsaton de ces phénomènes : - Expérence sur la foudre : lorsque les premères recherches en électrostatque furent menées, on remarqua assez vte que des éléments chargés de manère électrostatque émettaent des étncelles. Même s le phénomène électrque n état pas ben connu (la polarté n état pas connue), on rechercha un moyen d exploter ce phénomène (machne de Watson). C est vers 1750, que l abbé Nollet et Frankln énumérèrent les ponts communs entre la foudre et les étncelles qu ls étudaent. En 1752, Frankln ft une expérence qu permt de prouver le len exstant entre les deux phénomènes : l expérence consstat à tenr un cerf-volant à l ade d un long fl humde à l extrémté duquel l avat attaché une clef métallque. Il put constater la présence de pettes étncelles qu lu permt de confrmer que de la foudre état de nature électrque. [39] Fgure 3 : Frankln fasant son expérence 9
Chaptre 1 : Présentaton des décharges - Machne de Watson : dans le même temps, Watson utlsat une machne pour allumer des substances nflammables. Cette machne est composée de quatre globes de verre, frottés smultanément par des coussns fxes. Les charges étaent généralement transmses à une épée suspendue à des cordons de soe, au-dessus du flacon contenant le lqude à enflammer. [6] Fgure 4 : Machne de Watson - Au cours du XIX sècle, Faraday, qu travallat à l nsttuton royale d Angleterre, décrvt beaucoup d expérences et nventa les termnologes pour les explquer. Il défnt notamment, les termes «électrode», «anode», «cathode», «on», «anon» et «caton». - Apparue après 1841, la lampe électrque à arc émet entre deux électrodes de graphte une lumère très brllante qu ne convent pas à l'usage domestque. Elle fut utlsée pour l éclarage publc avant d être supplanté dans ce domane par la lampe d Edson. Fgure 5 : Lampe à arc de modèle Thompson Houston fabrquée par la General Electrc Co., vers 1896. (921610) - le générateur de Van de Graaf a été ms au pont vers 1930 pour produre de très hautes tensons (1MV). Le prncpe de fonctonnement est assez smple : un moteur 10
Chaptre 1 : Présentaton des décharges entraîne une courroe qu transporte les charges électrques crées par frottement entre celle-c et un matérau non-conducteur. S ce type de générateur fut utlsé pour l étude des accélérateurs de partcules, aujourd hu l sert surtout à fare des présentatons pédagogques. La tenson maxmale attegnable dépend de la surface de la sphère (30kV par cm de rayon envron) et peut monter jusqu à pluseurs mllons de Volts. [7] [8] Balas amenant par frottement les charges postves de la courroe sur la sphère Balas amenant par frottement des charges postves sur la courroe Courroe solante Moteur entraînant la courroe Fgure 6 : Générateur Van de Graaf On peut remarquer que depus les orgnes et pendant longtemps, ce sont des générateurs électrostatques qu ont été utlsés à des fns de recherche scentfque sur les phénomènes physques lés aux claquages. La plupart des applcatons actuelles utlsent des générateurs électrques et sont utlsées à des fns ndustrelles. 2) Type de décharges Les caractérstques électrques des décharges dépendent fortement de la géométre des électrodes. On classe celle-c en tros famlles qu ndusent des comportements électrques et des applcatons dfférentes. a) Décharges ponte-ponte L utlsaton de pontes métallques pour l étude des décharges est assez courante. Cela est dû à l effet de ponte, qu permet d obtenr localement un champ ntense (au nveau des pontes et des angles métallques). Ce champ ntense favorse le claquage électrque des gaz. 11
Chaptre 1 : Présentaton des décharges C est pour cela que l on utlse des pontes comme paratonnerre et que la machne de Watson état équpée d une ponte L utlsaton de pontes a l avantage de stablser le leu de la décharge pusqu on est sûr du pont de départ et du pont d arrvé de celle-c (mas ren n mpose que le trajet entre ces deux pont sot une lgne drote). Ce sont souvent des décharges entre deux électrodes métallques ; on n utlse que rarement cette confguraton avec des décharges à barrère délectrque. b) Décharges ponte-plan Ce sont des arcs dont le chemn peut être nstable ; c est à dre que l on connaît de manère certane le pont de départ de l arc mas qu on ne peut pas prédre quel sera le pont d arrvée sur le plan n même le chemn parcouru. On peut dstnguer tros types de décharge ponteplan : les arcs transférés, les arcs non transférés et les arcs glssants, qu ont des utlsatons ndustrelles dfférentes. Les arcs transférés ou non transférés sont utlsés tous les deux en sdérurge pour obtenr des gaz à de très hautes températures, à l ade de courants mportants (pluseurs centanes d Ampères). - Arc transféré [28] [29] : un arc transféré est un arc ponte-plan utlsé couramment pour la soudure. La ponte est l électrode utlsée par le soudeur et le plan est la plaque de métal à souder. Il arrve qu on utlse un gaz sous presson pour protéger la zone de soudage (protecton contre les oxydatons) mas cela ne change pas fondamentalement le trajet de l arc qu va naturellement d une électrode à l autre. Anode Flux de gaz nerte Plasma Cathode Fgure 7 : Arc transféré - Arc non transféré [28] [29] : la ponte de cet arc est le centre du dspostf et le plan est le tube qu entoure la ponte (cathode le plus souvent). La dfférence essentelle avec l arc précédent est que celu-c est soufflé par un flux de gaz (gaz plasmagène), ce qu crée un arc projeté (jet de plasma) ; c est une torche à plasma. La plupart du temps, on 12
Chaptre 1 : Présentaton des décharges se sert de ce type de dspostf pour réalser des dépôts de métaux sur dfférents matéraux. Crcut de refrodssement Gaz plasmagène Poudre de métal Gaz protecteur Anode Cathode Jet de plasma Fgure 8 : Arc non transféré (torche à plasma) - Décharge glssante : dans certans cas, on cherche à fare glsser l arc en le soufflant le long d une des électrodes, dans une confguraton géométrque de décharge plan-plan ou ponte-plan. Ce sont des dspostfs à arc glssant, généralement caractérsés par un courant de fable ntensté ; l allongement de la longueur de l arc qu résulte du soufflage peut condure à des tensons élevées relatvement à celles qu seraent obtenues sans soufflage. [21] [41] [32] Ponte-plan Flux de gaz Electrodes métallques Plan-plan Fgure 9 : Décharges glssantes 13
Chaptre 1 : Présentaton des décharges c) Décharges plan-plan Les décharges plan-plan sont rarement des décharges entre électrodes métallques. En effet, dans le cas d une utlsaton d électrodes métallques planes, on ne connaît n le pont de départ de la décharge, n le pont d arrvée et, sans tratement partculer sur ces électrodes, on n obtent pas un arc homogène, répart sur toute la surface des électrodes : on observe un arc unque se déplaçant dans l espace nter électrodes, ou parfos, pluseurs arcs apparassant et dsparassant dans ce même espace. Dans la plupart des cas, on utlse des électrodes qu sont recouvertes d une couche de délectrque côté décharge. Avec ce type de dspostf, l est beaucoup plus facle d obtenr une décharge homogène sur tout le plan. Ce type de décharge met en jeu des tensons mportantes (dzane(s) de kv) et des courants relatvement fables (quelques centanes de ma pour des sectons de l ordre de 10 cm²). On utlse ces décharges à barrère délectrque, entre autre, pour la producton d ozone [42] [51]. Electrode métallque Couche de délectrque Fgure 10 : Electrode de décharge à barrère délectrque (DBD) 3) Applcatons ndustrelles Les applcatons ndustrelles des décharges électrques sont très varées et touchent à des domanes d applcatons assez hétérogènes. Les plasmas sont utlsés à dfférents ttres : pour leurs hautes températures, parce qu ls sont rches en espèces réactves chmquement et également pour leurs proprétés lumneuses. La dversté de ces applcatons fat que les sources électrques, qu leurs sont lées, ont des caractérstques varées. a) Dépolluton, tratements des déchets Une premère utlsaton des hautes températures des plasmas est le tratement de déchets afn de lmter la toxcté de certans résdus ou de recycler des matères métallques. - Décontamnaton du sol : les déchets (terre polluée par des produts chmques) sont ms en suspenson dans de l'eau et le tout est njecté au centre d'un dard de plasma d'arc non transféré de 350 kw. Ce type de procédé permet de transformer les déchets 14
Chaptre 1 : Présentaton des décharges chmques et non organques, qu sont nocfs pour l envronnement, en un matérau vtreux stable et non toxque ; ce procédé a été expérmenté par Pyrolyss Systems Inc [10]. - Incnératon des déchets ménagers : l utlsaton de plasmas permet de lmter au maxmum la polluton engendrée ; en effet, les déchets ménagers sont dans un premer temps trés pour être recyclés. La parte non recyclable des déchets est ncnérée. De cette ncnératon, l subsste des déchets soldes en bas du four (mâchefer) qu servent à fabrquer des enduts pour les routes et le REFIOM (Résdu d'epuraton de Fumées d'incnérateurs d'ordures Ménagères). On utlse alors une torche à plasma pour vtrfer celu-c. Le produt de cette vtrfcaton est concassé et utlsé pour fare des dalles, des pavés ou des bordures de trottor (source Europlasma). Torche à plasma (700KW) Matéraux réfractares Ban de fuson Vtrfat Fgure 11 : Vtrfcaton du REFIOM source Europlasma - Récupératon de métaux préceux : des nstallatons de récupératon de métaux préceux (palladum, platne, rdum...) contenus dans les catalyseurs de pot d'échappement sont développés en utlsant des torches à plasma. - Tratement des crasse d alumnum : le terme de «crasse d alumnum» désgne les déchets restés collés aux paros des cuves où l alumnum se trouvat à l état lqude. L'entreprse Hydro-Quebec (Canada) a développé, vers 1987, des essas de tratement des crasses d'alumnum avec une torche PEC (torche d'arc transféré à électrode frode) de 150kW dans un four avec de l'ar comme gaz plasmagène. En 1988, une usne plote 15
Chaptre 1 : Présentaton des décharges de 1 MW est construte et en 1991, Plasma Processng Corporaton construt aux USA une usne de capacté de 40 000 t/an. Ce procédé de tratement par torche à plasma permet de récupérer 90,5 % de l'alumnum contenu dans les crasses, avec toutefos d'mportantes pertes énergétques. b) Métallurge La métallurge utlse les fours à arc pour obtenr les températures élevées nécessares au tratement de l acer. Les fours destnés à cet usage peuvent fonctonner en courant alternatf ou en courant contnu. Ce sont de gros consommateurs d électrcté, pusque leur consommaton totale représente près de 4% de la consommaton de la grande ndustre en France. La capacté des fours modernes avosne les 200 t avec une consommaton énergétque comprse entre 400 et 500 kwh/t [11]. Cette consommaton de pussance est telle qu elle génère des problèmes sur les réseaux électrques (des papllotements de l éclarage ou «flcker»). Cela est dû aux varatons de tenson sur le réseau, provoquées par les nstabltés des arcs des fours. Les fours à arc sont composés d un récpent dans lequel repose le métal en fuson et d électrodes en graphte stuées au dessus. Ce récpent qu l est possble de fare basculer pour recuellr le métal en fuson, dspose d éléments pour refrodr sa voûte et retenr la chaleur du métal en fuson. La hauteur des électrodes est réglable afn de contrôler la tenson de la décharge. Dans le cas des fours à courant contnu, l y a une électrode au dessus et une électrode ntégrée dans le fond du récpent contenant le métal en fuson. Fgure 12 Four à courant contnu (Source : les technques de l ngéneur) 16
Chaptre 1 : Présentaton des décharges Dans le cas de four utlsant la tenson trphasée alternatve, les tros électrodes sont au dessus du ban. C est le four trphasé qu est le plus utlsé aujourd hu mas les avantages (melleur chauffage du métal et melleur rendement) du four à courant contnu tendent à le rendre plus rentable. Fgure 13 : Four trphasé (Source : les technques de l ngéneur) c) Catalyse de réactons chmques Les espèces chmques présentes dans les plasmas sont réactves et permettent de catalyser des réactons chmques. - C est notamment le cas du reformage de l hydrogène à partr d hydrocarbure. Ben que ce ne sot pas la seule voe possble, elle est étudée, entre autre, au CENERG. Le prncpe de ce type de dspostf est de mélanger les réactfs à l état gazeux dans le réacteur où on entretent une décharge électrque.[43] 17
Chaptre 1 : Présentaton des décharges Réactfs Produts Electrode métallque Fgure 14 : Réacteur de catalyse du reformage d hydrogène - On peut également obtenr la créaton de nano-tubes de carbone par des procédés plasma. L utlsaton d un plasma thermque pour la synthèse de nano-partcules de carbone est un procédé novateur, protégé par pluseurs brevets. Ce procédé est fondé sur un système à arc plasma trphasé [37]. - Les décharges à barrères délectrques peuvent être utlsées pour la synthèse d ozone [42]. d) Dépôts et gravure L utlsaton de plasmas permet de réalser des tratements de surface, afn d obtenr ou d amélorer certanes proprétés spécfques. On peut ans soldfer des pèces métallques, graver avec précson ou déposer des molécules sur des matéraux plastques pour en changer les proprétés. - Rechargement des pèces usées : certanes pèces de métallurge s usent de manère mportante, notamment lorsqu elles sont sujettes à de fortes contrantes mécanques : pèces de centrales nucléares, pèces de matéraux de forage Ces pèces peuvent être tratées et renforcées en y déposant du carbure de tungstène ou d autres composés en foncton des proprétés recherchées (antcorroson ) [9]. Cette opératon de «rechargement» est effectuée à l ade de torches à plasma. - Gravure de sem-conducteur : On utlse des décharges à barrère délectrque pour effectuer la gravure du slcum de composants mcroélectronques. Cela permet de réalser des gravures très précses [44]. Ce type de technologe est également utlsé dans certanes dscplnes des scences de la ve, pour créer des substrats d étude de cellules solées ou canalsées. 18
Chaptre 1 : Présentaton des décharges - Dépôts de matéraux chmques sur flm plastque : les proprété de surface des flms plastques peuvent être modfées par dépôts ou altératon de leur composton chmque locale ; on peut ans amélorer leur mperméablté à l oxygène, leur proprétés d adhéson. Les procédés qu supposent le tratement de surfaces mportantes sont généralement réalsés à l ade de décharges à barrère délectrque [45] [46]. e) Lumère Les décharges électrques possèdent des proprétés lumneuses qu sont explotées dans dvers domanes, notamment l éclarage, où on cherche à obtenr des caractérstques d éclarages précses (longueur d onde, ntensté ) mas également pour les écrans plasmas. - Tube fluorescent : le tube fluorescent, ou tube néon, est très utlsé pour l éclarage dans des bâtments accuellant du publc ; celu-c consomme peu d énerge pour un éclarage mportant. D autres lampes à décharge, au sodum à haute presson (SHP), sont très utlsées pour l éclarage des routes la nut. Dans le cadre d un éclarage publc, c est l effcacté énergétque qu est recherchée. Or, les lampes SHP ont le rapport lumens (unté permettant de mesurer l effcacté de l éclarement) par watt le plus élevé, (70 à 100 lumens par Watt), surtout par rapport aux lampes à ncandescence (15 lumens/w).[40] - Ecran plasma : Les écrans plasma utlsent des décharges à barrère délectrque pour excter un gaz et générer une mage. Le gaz utlsé dans les écrans plasma est un mélange d'argon (90%) et de xénon (10%). Ce gaz est contenu dans des cellules, correspondant aux pxels ; chaque cellule est adressée par une électrode lgne et une électrode colonne qu permettent d'excter le gaz. En modulant la valeur de la tenson applquée entre les électrodes et la fréquence de l'exctaton, l est possble de défnr jusqu'à 256 valeurs d'ntenstés lumneuses. Le gaz ans excté produt un rayonnement lumneux ultravolet (donc nvsble pour l'œl human). Grâce à des lumnophores respectvement bleus, verts et rouges réparts sur les cellules, le rayonnement lumneux ultravolet est convert en lumère vsble. [12] 4) Almentatons fréquemment utlsées On dstngue deux types prncpaux de sources électrques d almentaton, selon la forme de leur caractérstque électrque dans le plan tenson-courant : les sources de courant (caractérstque parallèle à l axe des tensons) et les sources de tenson (caractérstque parallèle à l axe des courants). Ce sont les premères qu sont le plus utlsées, car leurs 19
Chaptre 1 : Présentaton des décharges caractérstques sont plus approprées pour almenter une décharge ; le chaptre 2 développe les éléments de rasonnement autour de ces chox ; nous dressons c un état des leux des solutons les plus ustées. a) Source de courant La grande majorté des almentatons pour décharge électrque est composée de dpôles possédant une caractérstque qu les apparentes à des sources de courant. Cela est nécessté, nous le verrons ensute, par le caractère «source de tenson» (au nveau local) des décharges électrques. Ces sources sont souvent réglables en courant. On peut dstnguer deux types de sources. - Dpôle consttué d une source de tenson placée en sére avec une résstance, ou plus généralement une mpédance : ce type de montage est souvent utlsé en laboratore pour sa smplcté de réalsaton et d utlsaton. Il permet de contrôler le courant moyen en fasant varer la résstance de sorte du générateur et le courant de sorte est relatvement stable. Le défaut de ce type de sources est leur très mauvas rendement énergétque (maxmum théorque de 50%, dans le cas où l mpédance sére est une résstance) et la dffculté pour régler le courant en temps réel, nconvénents qu restregnent leur usage au domane de l expérmentaton. Ce très fable rendement mpose un refrodssement mportant de la résstance qu règle la valeur du courant pusque c est elle qu dsspe la majorté de l énerge. Ce sont donc souvent des almentatons qu présentent des volumes mportants et qu sont relatvement bruyantes à cause des ventlateurs de refrodssement. E R s Décharge I Fgure 15 : Source de tenson contnu (redresseur) ms en sére avec une résstance - Dpôles régulés en courant : c est le cas des redresseurs contrôlés, utlsés dans l ndustre métallurgque pour contrôler le courant dans les fours à arc. Ce type d almentaton a l avantage de lmter les phénomènes de flcker et d augmenter en parte le rendement. Ces convertsseurs supportent des courants de pluseurs mllers d ampères. 20
Chaptre 1 : Présentaton des décharges Remarque : dans le cas des fours à arc fonctonnant en alternatf, on utlse des nductances en sére sur le réseau : cette soluton permet de dsposer d une caractérstque «source de courant» en nstantané, ce qu contrbue à lmter les phénomènes de flcker et amélore la qualté du chauffage du métal. b) Source de tenson En contnu, les sources de tensons ne sont presque jamas utlsées pour l almentaton de décharges électrques. Cela est dû aux caractérstques électrques propres du gaz qu ne permettent pas ce type de fonctonnement, comme cela sera établ au chaptre 2. En alternatf, certans dspostfs de décharge présentant naturellement une mpédance en sére avec le gaz (comme par exemple les décharges à barrère délectrque) peuvent être almentés à l ade d une source de tenson [47]. 5) But recherché Le but de nos travaux est de dégager les éléments de rasonnement permettant d amélorer le contrôle du pont de fonctonnement (défn par un couple tenson/courant), grâce au chox des caractérstques électrques de l almentaton. Dans une démarche de concepton, l utlsaton de ces éléments de rasonnement est confrontée à deux cas d applcaton concrets qu permettent de valder nos propostons : - le cas d un arc glssant à courant contnu, où l on cherche à contrôler le courant total crculant dans le dspostf ; - le cas d une décharge à barrère délectrque, où l on cherche à obtenr une répartton unforme de la décharge sur toute la surface des électrodes (en ne consdérant que l almentaton électrque du dspostf comme moyen d agr en ce sens). Le chox du pont de fonctonnement électrque dans le plan tenson-courant dépend de l applcaton de tratement qu est envsagée ; l reste prncpalement du ressort des spécalstes du procédé concerné. 21
Chaptre 1 : Présentaton des décharges 22
Chaptre II : Couplage entre la décharge et l almentaton - modélsaton 23
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Chaptre 2 : Phénomène physque et modélsaton Chaptre II : Couplage entre la décharge et l almentaton - modélsaton Un pont de fonctonnement électrque se défnt par le couple de valeurs du courant et de la tenson. Dans l optque de contrôler ce pont de fonctonnement, nous étudons c comment prévor les valeurs obtenues en connectant une almentaton donnée avec un dspostf à décharge. Sur cette base, nous verrons que l obtenton de certans ponts de fonctonnement est condtonnée par l utlsaton de sources électrques spécfques. La concepton d une almentaton permettant d attendre des ponts de fonctonnement choss nécesste une connassance du comportement dynamque, toujours du pont de vue électrque, du dspostf à décharge. Nous nous proposons, afn de décrre ce comportement dynamque, d utlser un certan nombre de connassances relevant du domane des plasmas pour mettre au pont des modèles dynamques de la décharge. Ces modèles servent à l étude, menée dans le domane électrque, des nteractons entre le dspostf à décharge et son almentaton. 1) Caractérstque et couplage Connassant les caractérstques statques dans le plan tenson/courant de la décharge ans que de son almentaton, on peut connaître quel sera le pont de fonctonnement électrque obtenu par leur assocaton. a) Couplage entre l almentaton et la décharge La caractérstque statque d un dpôle est une courbe défne dans le plan tenson/courant, qu assoce, à un courant crculant dans le dpôle, la tenson qu on mesure entre ses bornes. On peut tracer la caractérstque statque d un dpôle en utlsant une conventon générateur 25
Chaptre 2 : Phénomène physque et modélsaton (courant et tenson dans le même sens) ou en utlsant une conventon récepteur (courant et tenson en sens contrares). Une méthode, pour connaître le pont de fonctonnement obtenu par l assocaton d une almentaton avec une charge, est de tracer la caractérstque statque de l almentaton en conventon générateur et celle de la charge en conventon récepteur. Toutes les ntersectons entre les deux caractérstques sont des ponts de fonctonnement possbles, mas pas nécessarement stables. Pont de fonctonnement statque d une almentaton classque On utlse, pour cette étude qualtatve (ce qu justfe que les axes restent sans échelle), une forme classque, que l on justfera plus lon, de la caractérstque statque d un dspostf à décharge. On peut vor que pour des courants assez mportants, le chox d une source de courant est parfatement justfé pusque la détermnaton du pont de fonctonnement ne pose pas de débat (un seul pont d ntersecton net). C est l llustraton d une règle fondamentale d assocaton entre une source électrque et sa charge : la règle de complémentarté source/charge. Cette règle énonce qu une charge ayant une caractérstque «source de tenson» (.e. dont la tenson vare peu sur une grande plage de courant) dot être almentée par une source ayant une caractérstque «source de courant» (.e. dont le courant vare peu sur une grande plage de tenson). A contraro, s on connecte deux sources de même nature (dont les deux caractérstques sont parallèles à un même axe), l n y a pas de pont de fonctonnement vable (deux drotes parallèles ne se crosent pas ). V Caractérstque statque de la source électrque Pont de fonctonnement Caractérstque statque de la décharge I Fgure 16 : Pont de fonctonnement de la décharge almenté par une source de courant parfate 26
Chaptre 2 : Phénomène physque et modélsaton Dans le cas du montage classque d une source de tenson placée en sére avec une résstance (Fgure 17), on peut vérfer que le pont de fonctonnement dépend effectvement de la valeur de la résstance (Fgure 18). E R s Décharge I Fgure 17 : Source de tenson sére avec une résstance Le courant dépend ben de la valeur de la résstance de sorte (R s ) ; néanmons cette dernère dsspe beaucoup d énerge, ce qu détérore le rendement. En effet, s on multple la tenson totale par le courant total fourn par la source de tenson, on obtent la pussance consommée représentée par les ares grsées (clare et foncée), alors que la multplcaton de la tenson sube par le dspostf de décharge par le courant total donne l are grsée foncée qu représente la pussance utle (Fgure 18). On peut également noter que, pour une résstance de sorte (R s ) chose, certanes zones de la caractérstque de décharge restent naccessbles. La Fgure 18 fat apparaître, surlgnée en trat gras, la parte de la caractérstque de décharge consdérée qu demeurerat naccessble pour une almentaton dont la résstance de sorte vaudrat R 1 et dont le réglage s effectuerat grâce à l ampltude de la source de tenson (E). V Pente R 1 Pussance utlsée par la source (pont 1) E 100% Pente R 2 Pont de fonctonnement 1 50% Pussance perdue Pont de fonctonnement 2 I 0% Pussance utle Fgure 18 : Pont de fonctonnement d une décharge almentée par une source de tenson en sére avec une résstance. 27
Chaptre 2 : Phénomène physque et modélsaton La premère dffculté lorsqu on chost une almentaton électrque pour les décharges est de savor, d une part quel est le pont (tenson/courant) que l on cherche à attendre, d autre part quel type d almentaton permet d obtenr ce pont. Le plan tenson/courant permet de savor ce qu l est nécessare d avor comme caractérstque statque de l almentaton, connassant le pont de fonctonnement recherché sur la caractérstque statque du dspostf. Cependant la premère approche statque du problème n ndque pas s le pont de fonctonnement est stable ou non. Or s un pont de fonctonnement n est pas stable, son obtenton n est pas réalsable. Il faut donc étuder la stablté des ponts de fonctonnement trouvés par la méthode qu a été décrte plus haut. Cette stablté peut être analysée à l ade des caractérstques statques de la décharge et de l almentaton. Stablté du pont de fonctonnement Un pont de fonctonnement est stable s le système tend à s opposer à une perturbaton extéreure qu aurat pour effet de déplacer ce pont, pour revenr au pont ntal. Pour llustrer ce problème, on étude le cas de l almentaton de la décharge par une source dont la caractérstque statque est celle d une source de tenson réelle (une caractérstque pratquement horzontale ; la très fable pente qu apparaît sur la Fgure 19 correspond à la résstance nterne de la source, déalement nulle). V Pont de fonctonnement 1 Caractérstque statque de la source électrque Pont de fonctonnement 2 Caractérstque statque de la décharge I Fgure 19 : almentaton de la décharge par une source de tenson Pour cet exemple, on consdère une source de tenson qu présente une tenson à vde nféreure à la tenson maxmale de la caractérstque statque du gaz. La cas où la tenson à vde est supéreure donne un unque pont de fonctonnement à courant quas nfn. 28
Chaptre 2 : Phénomène physque et modélsaton Au pont de fonctonnement 1, une augmentaton de la tenson d arc cause une dmnuton du courant dans la source (d après la caractérstque statque de la source). Cette dmnuton de courant fat dmnuer la tenson d arc (caractérstque «à pente postve» de la décharge). Le système répond par une dmnuton de tenson à une perturbaton qu tendat à l augmenter. De même, s la tenson d arc dmnue, le courant de la source devent plus grand, entraînant une augmentaton de la tenson d arc. A nouveau, le système répond par une augmentaton de tenson à une perturbaton qu tendat à la dmnuer. Le pont de fonctonnement 1 est donc stable. Le rasonnement qu vent d être développé pour l établr est synthétsé sur la Fgure 20. V 2- Dmnuton du courant fourn par le générateur due à la perturbaton sur la tenson 1- Perturbaton : augmentaton de la tenson de la décharge Caractérstque statque de la source 3- Dmnuton de la tenson de la décharge Caractérstque statque du gaz I Pont de fonctonnement ntal Fgure 20 : Stablté autour du pont de fonctonnement 1 pour une augmentaton de tenson Au pont de fonctonnement 2 (Fgure 19), une augmentaton de la tenson d arc, cause une dmnuton du courant dans la source. Cette dmnuton de courant fat augmenter la tenson d arc (caractérstque statque de l arc «à pente négatve»). Une augmentaton de tenson entraîne une augmentaton de tenson. Le pont de fonctonnement 2 est donc nstable. 29
Chaptre 2 : Phénomène physque et modélsaton V 3- Hausse de la tenson 2- Dmnuton du courant due à la perturbaton sur la tenson 1- Perturbaton : augmentaton de la tenson Pont de fonctonneme nt ntal Caractérstque statque du gaz I Caractérstque statque de la source Fgure 21 : Instablté autour du pont de fonctonnement 2 Cela montre ben que l utlsaton d une source de tenson tradtonnelle ne permet pas d obtenr certans ponts de fonctonnement de la caractérstque de décharge consdérée. On peut fare la même analyse concernant une almentaton que l on voudrat concevor : par exemple, par la mse en œuvre de commandes spécfques, on peut magner concevor une source de tenson ayant (vue des bornes) une résstance nterne négatve. V Pont de fonctonnement 1 (nstable) Pont de fonctonnement 2 (stable) Caractérstque statque d une source de tenson en sére avec une résstance négatve. Caractérstque statque de la décharge I Fgure 22 : Cas de l assocaton d une décharge électrque avec source de tenson en sére avec une résstance négatve On obtent deux ponts de fonctonnement smlare à ceux de la Fgure 19. A la dfférence notable qu on peut attendre une autre zone de fonctonnement pusque c, c est le pont de fonctonnement 2 qu est stable. Cependant, on peut constater (Fgure 22) que cette almentaton ne permet pas d almenter une charge résstve. Sa mse au pont n est donc envsageable que pour l almentaton de décharges électrques. 30
Chaptre 2 : Phénomène physque et modélsaton V Caractérstque statque d une résstance Pont de fonctonnement (nstable) Caractérstque statque d une source de tenson en sére avec une résstance négatve. I Fgure 23 : Cas de l assocaton d une résstance avec source de tenson en sére avec une résstance négatve Varaton du pont de fonctonnement Auss ben en ce qu concerne le générateur qu en ce qu concerne les dspostfs à décharge, on peut être amené à observer des varatons de la caractérstque statque autour d une valeur moyenne. Cec a pour conséquence le fat que le pont de fonctonnement peut varer autour d un pont nomnal à cause des varatons des caractérstques statques. Par exemple (Fgure 24), dans le cas d une almentaton composée d une résstance R en sére avec source de tenson contnue qu présente une ondulaton ΔE autour de sa valeur moyenne E, on peut vor que cette varaton entraîne une ondulaton sur le courant de la décharge (en supposant que la caractérstque statque de la décharge reste fxe) autour d un courant moyen. V E+ΔE E E-ΔE Pont de fonctonnement moyen I-ΔI I I+ΔI I Fgure 24 : Ondulaton de courant due à l ondulaton de tenson 31
Chaptre 2 : Phénomène physque et modélsaton Un autre cas de varaton du pont de fonctonnement correspond à une varaton de la caractérstque statque du dspostf à décharge. Dans le cas d une décharge glssante par exemple, la longueur de l arc augmente durant le fonctonnement. Cette augmentaton de la longueur fat croître la tenson, vue des bornes du dspostf, à courant débté dans le crcut dentque. Dans le plan tenson/courant nous supposons que cette augmentaton correspond à un transformaton homothétque (selon l axe de la tenson) de la caractérstque statque du dspostf (Fgure 25). Nouveaux ponts de fonctonnement V Décharge électrque de longueur l+dl E Décharge électrque de longueur l Deuxème pont de fonctonnement Premer pont de fonctonnement Fgure 25 : Varaton du pont de fonctonnement due à la charge I Dans ce cas, c est la varaton de la caractérstque statque de la décharge qu engendre des varatons du pont de fonctonnement. On peut vor ans que cette varaton de la longueur de l arc crée d autres ntersectons entre la caractérstque de la décharge et celle de l almentaton. Une analyse conforme à celle du paragraphe précédent montre qu à la sute de cette varaton, l y a deux ponts de fonctonnement stables et un pont de fonctonnement nstable. En effet, les deux nouveaux ponts de fonctonnement sont analogues à ceux étudés dans l exemple sur l étude de la stablté. b) Concluson sur les couplages Le pont de fonctonnement électrque du système dépend donc des caractérstques de la source et du dspostf à décharge. Une analyse des caractérstques statques de la source et du dspostf à décharge permet de connaître ou de chosr le pont de fonctonnement du système. Cette analyse donne des condtons nécessares à l obtenton d un pont de 32
Chaptre 2 : Phénomène physque et modélsaton fonctonnement mas ces condtons ne sont pas suffsantes. La connassance des condtons suffsantes résultera de l étude des caractérstques dynamques de l almentaton et du dspostf de décharge. Cette étude sera également complétée dans les chaptres 4 et 5 par des cas expérmentaux. Il résulte de l étude de la stablté, et sous réserve que l on se ménage la possblté de mettre au pont des générateurs dont les mpédances nternes aent les caractérstques adéquates, qu l n y a donc aucun pont de fonctonnement (électrque) nattegnable dans la caractérstque statque d un dspostf à décharge. La seule condton à remplr est de dsposer d une source électrque adéquate. La dsponblté des sources électrques permettant d attendre certans ponts n est pas évdente. En effet, l exste peu d almentatons conçues spécfquement pour les décharges et celles-c sont souvent des adaptatons et des optmsatons d almentatons déjà exstantes. Le cas d une source de tenson à résstance nterne négatve (Fgure 22) est un exemple d almentaton qu ne serat capable d almenter que des décharges électrques (ou des charges à résstance négatve) et qu n a même pas de pont de fonctonnement stable avec une résstance! Il n y a donc pas d études possbles pour des almentatons de ce genre, en dehors du cadre de recherches sur les nteractons entre source électrque et dspostf de décharge. Ces remarques révèlent donc l exstence d un champ d nvestgatons mportant, concernant les almentatons de décharges électrques afn d optmser et de meux contrôler les ponts de fonctonnement de la décharge. Cependant, pour étuder ces almentatons, on ne peut se contenter, comme cela a été fat jusqu à ce pont, de rasonner sur les caractérstques statques de la décharge ; l est nécessare de meux comprendre le comportement électrque des dspostfs à décharges : - d une part pour savor quels sont les phénomènes prépondérants qu détermnent la caractérstque statque d un dspostf à décharge ; - d autre part pour caractérser son comportement dynamque. c) Caractérstque du gaz onsé On cherche c à connaître la caractérstque statque, dans le plan tenson/courant, des dspostfs à décharges. Chaque dspostf a sa caractérstque propre et on s ntéresse c à établr les éléments prncpaux dont cette caractérstque est ssue. Examnons, à ttre d exemple, la caractérstque statque d un volume d ar comprs entre deux électrodes de type ponte, pour dfférentes dstances nter électrode. 33