Nouvelle méthode de caractérisation des jets de plasma supersoniques en déséquilibre aérodynamique à basse pression

Abstract

Réaliser des mesures expérimentales dans les jets de plasma supersoniques à basse pression est une tâche complexe. Outre les difficultés habituelles liées à l'état plasma et aux basses pressions, les mesures intrusives des écoulements supersoniques ont la particularité de faire apparaître un choc devant l'appareil de mesure. Ce choc modifié l'écoulement, et la mesure intrusive se fait dans un écoulement qui n'est plus supersonique. Dans la littérature, une solution à ce problème a été identifiée, qui demande de faire l'hypothèse que l'écoulement supersonique est en équilibre aérodynamique (i.e., que sa pression statique est la même que la pression de chambre). Or, la très grande majorité des écoulements supersoniques, en industrie comme en laboratoire, ne sont pas en équilibre aérodynamique. Dans cette thèse est proposée une nouvelle méthode de mesures expérimentales, basée sur la technique de sonde d'enthalpie, qui repose sur la conception et la mise en oeuvre d'un nouvel outil de mesure, le PSSPP (Post-Shock Static Pressure Probe). La force et la nouveauté de cette méthode résident dans le fait qu'elle est à même de capturer le comportement oscillatoire des jets supersoniques parce qu'elle ne suppose pas l'équilibre aérodynamique. Cependant, lors du passage des valeurs mesurées à celles qui représentent le jet supersonique, certaines hypothèses sont postulées. Dans le but d'analyser et de critiquer la validité de ces hypothèses, une partie de la thèse est dévolué à la simulation, par un modèle mathématique, du processus de prise de mesures de la nouvelle méthode. Finalement, la nouvelle méthode de mesures expérimentales développée dans cette thèse est un apport considérable au domaine des mesures de jets de plasma supersoniques, car elle produit les premiers résultats expérimentaux par sonde d'enthalpie qui capturent le déséquilibre aérodynamique. De façon plus pratique, puisqu'elle illustre clairement la phénomologie des jets supersoniques en déséquilibre aérodynamique, elle permet d'augmenter le niveau de compréhension des industriels ou des chercheurs qui souhaitent utiliser de tels écoulements comme milieu porteur dans des procédés de projection thermique (par plasma ou autre).