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Ceccato, Paul (2009) Microplasma de cavitation en milieu fluide condensé : application à la purification de l'eau. Doctorat Physique, Laboratoire de Physique des Plasmas, EP/X p.203.
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Résumé
Il s’agit de l’étude expérimentale d’un microplasma dans l’eau liquide. Ce type de plasma est
rencontré dans les domaines de l’isolation électrique par liquides diélectrique ou la dépollution
de l’eau. Les plasmas en milieu liquide sont bien moins connus et maitrisés qu’en milieux gazeux.
L’objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes physiques sous jacents à l’initiation
et à la propagation de la décharge. Un réacteur pointe/plan a été réalisé et soumis à un pulse de
haute tension. L’initiation et la propagation des différents modes de décharge plasma à travers
le milieu liquide ont été caractérisés par des diagnostiques électrique et d’imagerie rapide
nanoseconde. Un diagnostic d’ombroscopie à deux iCCD a également été réalisé afin d’observer
le contenu gazeux non lumineux de la décharge et l’émission d’ondes de choc. Nous avons
principalement testé l’influence de la polarité de la tension appliquée ainsi que l’influence de la
conductivité de l’eau. Des mesures spectroscopiques ont été réalisées sur la bande d’émission
de OH et les lignes de l’hydrogène.
En polarité positive, une bulle micrométrique est nucléé à la pointe en quelques
microsecondes puis une décharge filamentaire se propage à 3km/s durant typiquement 100ns,
suivie par une décharge dix fois plus rapide. A basse conductivité, cette propagation continue est
suivie par une propagation par bonds. Le claquage de l’intervalle de liquide est obtenu quand les
filaments parviennent à la contre-électrode. La décharge en polarité négative est beaucoup plus
lente à 600m/s. Curieusement la conductivité de l’eau n’a aucune influence sur la décharge en
polarité positive et inhibe la propagation en polarité négative.
Cette étude apporte une meilleure compréhension de la phénoménologie détaillée de la
décharge plasma dans l’eau.
| Type d'EPrint: | Thèse (Doctorat) |
|---|---|
| Directeur de Thèse: | Rousseau, Antoine |
| Date: | 16 Décembre 2009 |
| Jury de Thèse: | Bruggeman, Peter et Lesaint, Olivier et Starikovskaya, Svetlalana et Bourdon, Anne et Graham, Wg |
| Ecole Doctorale: | ED 447 ECOLE DOCTORALE DE L'ECOLE POLYTECHNIQUE |
| Discipline: | Physique |
| Fonds: | Ecole Polytechnique (EP/X) |
| Institution: | EP/X |
| Laboratoire: | Laboratoire de Physique des Plasmas |
| Sujets: | 3. Physique, optique |
| Mots-clés libres: | Filamentary plasma, Plasma filamentaires, Prebreakdown phenomena, Phénomènes de préclaquage, Fast nanosecond imaging, Imagerie rapide nanoseconde, Schlieren |
| Code ID: | 5680 |
| Déposé par : | paul ceccato |
| Déposé le : | 11 Janvier 2010 |
Table des Matières
1 General introduction
1.1 The plasma state
1.2 Cold plasmas in industry
1.3 Filamentary plasmas
1.4 Pollution control by plasma processes in gases
1.5 Plasmas in water
1.6 Purpose of the present thesis
1.7 Brief overview of this report
2 Discharges inside water, state of the art, synthesis and discussion
2.1 Electrode configurations: homogeneous field, inhomogeneous fields, small gaps
and large gaps, streamer, spark, arcs
2.2 Chemical yield of plasma inside water
2.3 Discharges modes and classification
2.4 Influence of experimental parameters: parametric experimental studies
performed in literature
2.5 Electrostatic considerations
2.6 The liquid state and its ability to withstand electron avalanches: from gases to
liquids and vice versa
2.7 Bubble processes
2.8 Interface processes
2.9 Summary on the mechanisms for initiation and propagation
2.10 Purpose of this work: a fine time resolved study of the case of water
3 experimental setup and experimental procedures
3.1 Reactors
3.2 Electrical
3.3 Emission imaging
3.4 Transmission imaging
3.5 Spectroscopy
4 The positive polarity
4.1 General description of the positive mode: primary mode, secondary mode,
reillumination, post discharge
4.2 Electrical characterization, discharge current
4.3 Initiation of the discharge for positive polarity
4.4 Propagation of the positive mode
4.5 Discussion and conclusions on the positive mode
5 The slow negative mode
5.1 The QUB low voltage discharge
5.2 The HV point to plane negative mode
5.3 Conclusions on the negative polarity modes
6 General conclusions on the negative and the positive modes
7 references
7.1 Plasma discharges inside water and liquids dielectrics
7.2 Streamers in gases, DBD, ozone production
7.3 Soft matter, bubble motion
7.4 Electrotechnical
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