Nouveaux actionneurs plasmas pour le contrôle d’écoulement – INOPLAS

L’appel à projet ASTRID comprend un volet qui concerne le développement d’actionneurs basés sur le phénomène de conversion électromécanique dans les décharges plasmas (POS/DGA). Le programme INOPLAS est une réponse à cet appel à projet. Ce programme, à caractère multidisciplinaire, a pour objectif d’améliorer les effets mécaniques des actionneurs plasma de type décharge à barrière diélectrique (DBD) et de proposer de nouvelles technologies d’actionneurs plasmas. Au-delà de simplement mettre en place et réaliser les tests de validations de ces systèmes de contrôle, le projet propose une analyse complète des mécanismes de conversion électrofluidodynamique par la mise en place de bancs de mesures dans les domaines du génie électrique, de la physique des plasmas et de la mécanique des fluides en régime turbulent.
Le programme prévoit notamment d’améliorer les actionneurs DBD traditionnels en travaillant sur la dissipation des charges rémanentes à la surface du diélectrique, charges responsables de la limitation de la production de force électrohydrodynamique. Il s’agira également de s’intéresser à la localisation et à l’élongation des canaux ionisés se formant dans les décharges de type nanoseconde, l’objectif étant de renforcer le gradient de pression induit par ces canaux. Ces actionneurs, en cours d’étude dans différents laboratoires étrangers, sont particulièrement prometteurs pour la manipulation d’écoulement à haute-vitesse (>100 m/s). Le programme INOPLAS ne se limite pas à l’optimisation d’actionneurs existants, il propose surtout de mettre en place des actionneurs plasmas totalement innovants. Il s’agit en particulier d’étudier des décharges se formant à des échelles microscopiques, limitant les tensions appliquées et surtout augmentant la densité des espèces chargées. Numériquement, ces actionneurs semblent présenter une augmentation des rendements supérieurs à 50% par comparaison aux actionneurs DBD usuels. D’abord étudiés en version individuelle, ces micro-actionneurs seront étudiés en configuration assemblée sous forme de panneaux. Ces décharges dans des micro-volumes peuvent être installées sur des grilles de taille variable dont l’objectif est de réaliser une grille active assistée par plasma. Ces grilles sont susceptibles de produire des échelles turbulentes dissipatives variables selon les fréquences électriques utilisées pour produire les micro-décharges. Le programme propose également de poursuivre les travaux actuellement menés sur un système de jet pulsé dont les variations d’amplitude sont assurées par le biais d’une décharge plasma volumique. Cet actionneur à col sonique présente des vitesses d’éjection supérieures à 100 m/s et la décharge produit au niveau du col autorise des taux de modulation supérieurs à 30% sans aucune partie mécanique mobile. Enfin, un volet de ce projet est dédié à l’utilisation de décharges plasmas comme système de détection et de mesure des conditions d’écoulement en région de couche limite.

L’ensemble de ces taches est destiné à la mise en place de système de contrôle innovant et ces systèmes seront comparés au travers d’une configuration d’essais commune. Il s’agira d’évaluer le potentiel de ces systèmes à manipuler les composantes périodiques d’une couche cisaillée libre se formant dans le sillage d’une marche descendante.

Le programme INOPLAS a pour objectif d’ouvrir de nouveaux horizons aux actionneurs plasmas utilisés dans le domaine du contrôle d’écoulement turbulent et d’approfondir les connaissances sur les mécanismes de transduction entre une décharge de surface et l’écoulement environnant. Ce programme s’appuie sur le potentiel de recherche et les équipements de l’Institut PPRIME de Poitiers, Institut à la fois initiateur de la thématique et leader Européen dans le domaine du contrôle par actionneurs plasmas.