Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Anne-Marie POINTU : Docteur ès sciences - Professeur à l’université Paris-XI Laboratoire de physique des gaz et des plasmas
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Jérôme PERRIN : Ingénieur de l’École polytechnique - Docteur ès sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique Détaché auprès de la société Balzers Process Systems
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Jacques JOLLY : Docteur ès sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans la nature, les plasmas constituent le quatrième état de la matière après les états solide, liquide et gazeux.
Le terme plasma fut introduit par Langmuir pour désigner le gaz ionisé produit dans une décharge électrique et caractérisé par le comportement des particules chargées (électrons et ions).
On parle de décharge électrique pour décrire tout mécanisme de passage du courant dans un gaz. Le terme de décharge doit son origine au fait que la première méthode d’obtention de ces courants a été la décharge de condensateurs à air. Il est resté communément employé par la suite, même en l’absence de transfert effectif de charges, comme dans le cas des dispositifs hyperfréquences.
De nos jours, les décharges électriques dans les gaz suscitent un regain d’intérêt qui tient à leurs applications potentielles ou déjà mises en œuvre au laboratoire et dans l’industrie. Ces applications utilisent tout ou partie des espèces présentes dans le plasma, électrons, ions, espèces neutres réactives qui sont les agents d’une physico-chimie de volume ou de surface peu coûteuse en énergie.
Les progrès réalisés simultanément dans la modélisation numérique et dans les techniques de caractérisation expérimentale rendent plus aisé aujourd’hui le choix d’une décharge et la maîtrise de sa phénoménologie, en fonction du but recherché.
Cet article présente les concepts de base essentiels des décharges de faible intensité (plasmas faiblement ionisés ou plasmas froids) dont les propriétés sont dominées par les collisions des particules chargées avec les atomes ou molécules neutres majoritaires
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Définitions et phénomènes de base
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5. Principaux mécanismes d’amorçage et d’entretien d’une décharge
Les exemples précédents permettent de dégager les mécanismes d’amorçage et d’entretien des décharges continues à basse pression :
-
émission secondaire sur la cathode et avalanche dans la région cathodique pour rendre la décharge autonome, puis pour l’entre-tenir ;
-
chauffage ohmique des électrons dans la colonne positive pour compenser les pertes de charges à la paroi, durant leur transport vers l’anode.
Dans les décharges alternatives, ces mécanismes peuvent encore être mis en jeu. Il en apparaît cependant de nouveaux, plus spéci-fiques, qui peuvent éventuellement devenir dominants.
5.1 Tube à décharge en courant alternatif
Si la tension appliquée au gaz n’est plus continue mais alternative, de fréquence f = ω/2π, la décharge s’établit et se maintient dans des conditions qui dépendent de la valeur des rapports ω/νjN et xj / d, ( j = i, e) où νjN est la fréquence de collision e-N ou i-N donnée par les formules pratique [2], et où xj est l’amplitude du mouvement des électrons ou des ions dans le champ alternatif E0 cos ωt, soit :
( 18 )
Lorsque la fréquence f est assez faible pour entraîner l’inégalité ω << νjN , la conductivité, exprimée par la relation [6] est réelle. Si f n’excède pas quelques dizaines de hertz, la décharge s’inverse à chaque demi-période, avec des caractéristiques peu différentes de ce qu’elles sont en régime continu. Si f augmente de manière telle que xi < d < xe...
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