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Plasmas

Les plasmas sont rencontrés dans le milieu naturel et sont souvent utilisés pour des applications industrielles. Les phénomènes complexes qu’ils engendrent ou dont ils sont issus sont encore mal connus et mal appréhendés. Une recherche à caractère multidisciplinaire est nécessaire : chimie, physique que l’on peut décliner par la magnéto hydrodynamique, la spectroscopie, la physique nucléaire, la thermochimie, la physique des plasmas, la thermodynamique, l’électricité...

Présentation

Les plasmas que nous étudions ont des pressions de quelques Pascal à une centaine de fois la pression atmosphérique, des températures allant de 500 K à 30 000 K, d’un état allant de l’équilibre thermique à des déséquilibres thermiques caractérisés par un ratio de la température électronique sur la température des espèces lourdes de cinq, de l’équilibre chimique vers le déséquilibre chimique, d’une échelle nanométrique à la dizaine de kilomètre, d’une échelle de temps de la nanoseconde à une seconde...

Les plasmas naturels que l’on peut dénommer électricité atmosphérique peuvent apparaitre entre la terre et les nuages, dans le nuage ou entre les nuages ou au-dessus de la couche troposphérique. Dans les applications industrielles, le plasma est utilisé en interaction avec son environnement immédiat : solide ou liquide, conducteur ou isolant, homogène ou composite.

Ce travail, souvent novateur, se concrétise par de nombreux partenariats industriels et académiques internationaux.

Applications

Reproduction expérimentale du leader de la foudre (100 kV).

L’électricité atmosphérique est concomitante à des phénomènes à très haute énergie engendrant par exemple des flashs de rayonnement gamma. Les phénomènes liés au plasma dans la troposphérique et la stratosphérique sont encore mal compris.


Surface d’un contact électrique industriel après ouverture. (Arc 32 A, Tension 48V)

Les phénomènes physiques des pieds d’arc sont complexes dues à la forte densité de courant, de la taille du pied d’arc de l’ordre du nanomètre et du temps de vie des spots de l’ordre de la nanoseconde.


Composition chimique d’un plasma d’air et d’aluminium à basse température (Pression atmosphérique, équilibre thermique et chimique).

Les calculs de la composition chimique peuvent être corroborés par des mesures de spectroscopie moléculaire ou par des analyses après interaction avec l’arc.


Simulation de la cartographie des forces de Laplace pour un ruban fusible muni de différentes sections réduites.

Les données nécessaires aux simulations : données thermodynamiques (énergie interne, masse volumique, vitesse du son…) et données de transport (viscosité dynamique, conductibilité thermique et électrique…) sont habituellement établies au laboratoire.


Correspondants du pôle
  • Pascal ANDRE - pascal.andrenull@nulluca.fr
  • Géraldine FAURE - geraldine.faurenull@nulluca.fr