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Lire l’articleINTRODUCTION
Alors que les trains à grande vitesse connaissent un formidable essor, le captage électrique par le biais d'un pantographe frottant contre une caténaire reste un des talons d'Achille de leur fonctionnement à haute vitesse. Nous avons testé une idée novatrice qui pourrait à terme apporter une solution à ce problème. Il s'agit de capter le courant sans contact mécanique. La liaison caténaire-pantographe se ferait par l'intermédiaire d'un plasma conducteur créé par un laser émettant des impulsions laser ultrabrèves et intenses. Une première série d'expériences effectuées au centre d'essai de la SNCF à Vitry conduit à des résultats prometteurs.
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Décharge à fort courant
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3. Décharge électrique guidée par filamentation
Considérons maintenant une autre expérience de laboratoire, où la tension aux bornes des électrodes est progressivement augmentée. Lorsque le champ résultant entre les électrodes atteint 28 kV/cm, une décharge électrique spontanée se produit dans l'air. Elle prend généralement naissance aux endroits où les effets de pointe sont les plus importants. En revanche, en se plaçant environ 30 % au-dessous du seuil de décharge spontanée, on peut déclencher et guider une décharge électrique à l'aide d'un filament laser qui établit le contact (figure 3).
Une caractéristique intéressante de ces décharges guidées est leur reproductibilité. Le temps entre le passage de l'impulsion laser et la décharge fluctue très peu d'un tir à l'autre, contrairement à ce qui se produit dans les décharges induites par un laser plus classique où l'on n'utilise pas de filaments. L'encadré 1 explique le mécanisme à l'origine du déclenchement de la décharge. Comme le montre la figure 4, de magnifiques décharges guidées sur plusieurs mètres ont pu être obtenues en appliquant des tensions de l'ordre du mégavolt .
Par une expérience de diffractométrie couplée à une simulation numérique modélisant l'évolution thermodynamique de la colonne d'air contenant le filament, nous avons pu mettre à jour les procédés impliqués dans le déclenchement de la décharge à l'échelle de la nanoseconde . Même si le filament est ionisé, c'est un assez mauvais conducteur puisque sa résistance linéique est de l'ordre de 4 kΩ/cm (résistivité = 1,2 Ω · cm), ce n'est donc pas le plasma lui-même qui va déclencher la décharge électrique. L'initiation et le guidage de la décharge résultent en fait d'une réduction locale de la densité de l'air sur l'axe.
Cela peut être mis en évidence par une technique de diffractométrie résolue en temps. La diffractométrie résolue en temps consiste à faire traverser le filament par une seconde impulsion de faible intensité dont on enregistre le profil en champ lointain à l'aide d'une caméra. Les variations spatiales de l'indice de réfraction de l'air dues aux variations de densité dans le filament vont induire des figures de diffraction caractéristiques sur le profil du...
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Décharge électrique guidée par filamentation
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - MECHAIN (G.), coll - Range of plasma filaments created in air by a multi-terawatt femtosecond laser - . Optics communications, 247, 171 (2005).
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(3) - STRICKLAND (D.), MOUROU (G.) - Compression of amplified chirped optical pulses - . Optics Communications, 56, 219 (1985).
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(4) - TZORTZAKIS (S.), coll - Femtosecond Laser-guided Electric Discharge in Air - . Physical Review E, 64, 57401 (2001).
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(5) - RODRIGEZ (M.), coll - Triggering and Guiding High Voltage Discharge by Ohmic Connection through Ionized Filaments Created by Femtosecond Laser Pulses - . Optics Letters, 27, 772 (2002).
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(6) - WILLE (H.), coll - Teramobile : a Mobile Femtosecond-Terawatt Laser and Detection System - , Eur. Phys. J. AP,...
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