Le plasma n'est pas seulement un plasma!

Diverses technologies de base pour la production de plasma froid atmosphérique

En fonction de la réaction cible souhaitée, différentes méthodes de génération de plasma peuvent être utilisées. Le graphique ci-dessous de  Plasma Universe montre comment les caractéristiques d’un générateur électrique imposent des régimes de décharge différents. Il est important de noter que le développement d’un générateur de plasma donné n’est que la moitié de la difficulté d’ingénierie.

Décharge corona

La décharge corona est une décharge de plasma qu’on trouve bien dans la nature ou qu’on peut générer en laboratoire. cette décharge peut être décrite comme une décharge faiblement lumineuse, non uniforme, qui apparaît à la pression atmosphérique à proximité de points pointus, de bords et le long de fils électriques fins. Un fort champ électrique et l’ionisation avec une certaine luminosité sont situés près d’une électrode. Les décharges corona peuvent avoir le courant positif ou négatif.

La configuration corona la plus typique (pulsée et continue) est créée autour d’un bord tranchant (ceci maximise le volume de décharge actif). Dans une décharge corona un champ électrique non homogène est utilisé pour stabiliser la décharge via l’accumulation de charge d’espace autour d’un fil ou d’une pointe. Les décharges silencieuses utilisent l’accumulation de charge sur une barrière capacitive pour obtenir un résultat final similaire. Les décharges corona sont les mieux adaptées à la destruction des Composés Organiques Volatils (VOC) et à un certain nombre d’applications de stérilisation.

Décharge à barrière diélectrique (DBD)

La décharge DBD est similaire à une décharge corona pulsée, dans le sens que son développement est le résultat d’une tentative de trouver une solution pour éviter la formation d’arcs. Dans le cas de la DBD, une barrière diélectrique est utilisée pour arrêter le courant et empêcher la formation d’arc.

Contrairement à la couronne pulsée, la DBD ne nécessite pas de générateurs à impulsions complexes. L’intervalle d’électrodesde la DBD comprend une ou plusieurs couches diélectriques situées dans le trajet du courant. La distance d’espacement est typiquement dans la plage de 0,1 mm à plusieurs centimètres. Certains des matériaux diélectriques qui peuvent être utilisés sont le verre, le quartz et la céramique.

La DBD est non uniforme (sauf dans certains gaz tels que l’hélium), et est composée de nombreuses microdécharges en mouvement. Une configuration intéressante comprend l’utilisation du corps humain en tant que seconde électrode (DBD à électrode flottante). Les décharges à barrière diélectrique sont les mieux adaptées aux applications à basse température (ambiante), telle que la stérilisation et les applications médicales.

Décharge Spark

Une décharge Spark (étincelle) est une décharge très basique et simple semblable à de la foudre. Quand un faisceau d’électrons (un courant d’électrons) relie deux électrodes et que ni une alimentation à impulsions ni une barrière diélectrique n’empêche la croissance du courant, une étincelle se développe. Cela arrive parce qu’un canal de diffusion initial n’est pas assez conducteur, cependant les nouveaux départs d’ionisation sont beaucoup plus intenses que le faisceau initial et commencent à se propager le long de ce canal mais dans la direction opposée (de la cathode à l’anode), c’est qu’on appelle l’onde d’ionisation opposée. L’onde opposée s’accompagne d’un front d’ionisation intense et d’une formation d’un canal plasma de conductivité suffisamment élevée pour former un canal d’étincelle encore plus intense.

Décharge glissante (Gliding)

Une décharge glissante est une nouvelle décharge de plasma prometteuse. Une décharge conventionnelle glissante, appelée ‘Glifing Arc’ (GA), est un phénomène auto-oscillant périodique qui se développe entre au moins deux électrodes divergentes immergées dans un flux gazeux laminaire ou turbulent. D’abord, la décharge s’auto-initie à l’intervalle le plus étroit en amont de ce que l’on appelle l’étape de décomposition. Ensuite, la décharge forme une colonne de plasma reliant les électrodes de polarité opposée, ce stade est appelé l’étape d’équilibre. Cette colonne est entraînée par l’écoulement de gaz vers la section divergente en aval. La longueur de décharge croît avec l’augmentation de la distance inter-électrodes jusqu’à ce qu’elle atteigne une valeur maximale, généralement déterminée par la limite du générateur électrique. L’étape de non-équilibre commence lorsque la longueur de l’arc glissant dépasse cette valeur critique. Les pertes de chaleur de la colonne de plasma commencent à dépasser l’énergie fournie par la source d’énergie, et il devient impossible de maintenir la décharge en équilibre. À ce stade, le plasma se refroidit et se désintègre rapidement. Après ce point, la décharge s’éteint et se rallume momentanément à la distance minimale entre les électrodes, en commençant un nouveau cycle.

Les décharges à arc glissant sont idéales pour le reformage de gaz et l’application de traitement.

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