Mécanismes d'interaction d'une décharge plasma avec un écoulement réactif – IPER

Deux nouveaux types de décharges électriques, les Décharges à Barrière Diélectrique (DBD) et les décharges pulsées ultracourtes (nanosecondes) suscitent aujourd'hui un grand intérêt pour des applications à pression atmosphérique telles que le dépôt de couches minces, les systèmes avancés de combustion pour la réduction des polluants, le traitement des effluents gazeux, le contrôle des écoulements aérodynamiques, et les nouveaux systèmes d'éclairage. Ces décharges permettent de produire très efficacement des espèces énergétiques qui peuvent ensuite être utilisées pour augmenter la réactivité d'un écoulement gazeux. Selon le type de gaz, les paramètres électriques et la géométrie des électrodes, ces décharges peuvent être diffuses ou filamentaires, mais il est actuellement très difficile d'empêcher la transition du régime diffus, le plus recherché, vers le régime filamentaire. Notre objectif est de comprendre les processus qui contrôlent la transition entre ces deux régimes. Nous proposons une approche expérimentale et numérique pour répondre à trois questions clés : Quelles sont les espèces énergétiques produites par ces décharges ? Comment ces espèces énergétiques augmentent-elles la réactivité de l'écoulement ? Comment optimiser le dépôt d'énergie pour contrôler la transition du régime diffus vers le régime filamentaire ? Pour répondre à ces questions, nous mènerons une série d'expériences avec DBD et décharges pulsées ultracourtes dans des gaz de complexité croissante, allant de l'azote et l'air jusqu'à des mélanges réactifs air/combustible et N2/N2O. La concentration et la température des espèces actives (électrons, ions, radicaux, espèces excitées) ainsi que la fraction d'énergie déposée dans les différents modes internes seront mesurées avec les résolutions spatiale (du micromètre au cm) et temporelle (de la ns à la ms) nécessaires à la compréhension fine des processus élémentaires de décharge et de cinétique chimique. En parallèle, nous développerons un code de calcul comportant un modèle de décharge et de circuit électrique pour prédire la concentration des espèces énergétiques produites, une cinétique détaillée des espèces neutres et ionisées et un modèle d'écoulement Navier-Stokes pour décrire les interactions plasma/écoulement. Clé de voûte du projet, ce code sera général et flexible afin de pouvoir simuler, pour des géométries variées, toutes les étapes allant de l'initiation de la décharge filamentaire ou diffuse à la cinétique post-décharge dans l'écoulement. Les quatre équipes impliquées dans ce projet possèdent des compétences complémentaires pour l'étude expérimentale et la modélisation des décharges diffuses et filamentaires. Les résultats attendus permettront de comprendre les modes d'opération de ces décharges au niveau fondamental, et ouvriront de nouvelles possibilités d'application des plasmas dans les domaines du traitement des surfaces, de l'environnement et de l'énergétique.