Transition des basses fréquences aux hautes fréquences d'une décharge à barrière diélectrique en hélium à la pression atmosphérique
Les décharges à barrière diélectrique homogènes à la pression atmosphérique représentent un véritable intérêt autant pour les applications industrielles que pour la richesse de leur comportement physique. Jusqu’à maintenant, la gamme des basses fréquences (sous 300 kHz) ainsi que celle des hautes fréquences (au-dessus de 3 MHz) ont été amplement étudiées ; la physique contrôlant la décharge est donc relativement bien connue. Par contre, la gamme des moyennes fréquences (entre 0,3 et 3 MHz) reste à ce jour très peu explorée.
Dans un premier temps, ce travail permet de mettre en évidence qu’il est possible de générer un plasma froid et homogène d’hélium à la pression atmosphérique en utilisant une fréquence dans la gamme des moyennes fréquences. Ensuite, les différents régimes de décharge sont catalogués et caractérisés sur toute la plage de fréquences entre 25 kHz à 15 MHz. Il est montré que selon la gamme de fréquences employée (basses, moyennes ou hautes), différents régimes surviennent. Jusqu’à 100 kHz, en plus du régime luminescent (pour lequel l’ionisation est maximum près de la cathode) habituellement observé en basses fréquences, un régime dit quasi Townsend, pour lequel l’ionisation est à son maximum près de l’anode a pu être observé. Entre 200 et 3000 kHz, lorsque la durée de vie des états excités surpasse la période d’excitation, ce sont les régimes Ω et hybride qui sont observés. À partir de 5 MHz, les électrons devient piégés dans le gaz et l’interaction avec la surface devient négligeable, comme attendu, le régime RF-α est finalement atteint.
Bref, l’étude a permis de mettre en lumière que lorsque la fréquence augmente de 25 kHz à 15 MHz, la densité électronique moyenne augmente de 10^14 à 10^17 m^-3 tandis que la température électronique moyenne se situe toujours entre 0,25 et 0,5 eV. De plus, tout comme la température électronique, la densité des atomes dans un état métastable est maximale dans le régime hybride.
