Production d'équivalents d'aérosols de l'atmosphère de Titan par plasma radio-fréquence - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Production of equivalents of Titan's atmospheric aerosols by radio frequency plasma

Production d'équivalents d'aérosols de l'atmosphère de Titan par plasma radio-fréquence

Grégoire Alcouffe
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 937796

Résumé

The experiment PAMPRE is designed to produce analogues of Ttan's aerosols, thanks to a radio frequency plasma in N2-CH4 mixtures. The first goal of this work is to study the plasma to characterize the energy source inducing this chemistry. Electron density measurements show this latter is weaker in N2-CH4 mixtures than in pure N2. A plasma study by optical emission spectroscopy show that this decrease in electron density can be compensated by an increase in their energy to maintain the discharge. The second goal is to study the growth of aerosols by ex situ and in situ measurements. Observations of the particles by SEM allow to point out the influence of experimental parameters on the aerosols size: for large amounts of CH4 or low gas flow rates, the produced particles are larger, and their diameter can reach 1 µm. With a plasma in pulsed mode, and with a duration of 10 s, the particles have a diameter of about 90 nm, close to the diameter of Titan's aerosols. A study of the plasma in pulsed mode also allowed to measure the formation time of particles, of few tenth of seconds. This formation time is reduced when the CH4 amount is low or chen the pressure is high. At last, an experimental set up was designed during this PhD to measure in situ and in real time the growth of aerosols. The measured variations of the polarization degree are fitted by Mie scattering simulations, and allow to deduce a variation of particles radius with time. The obtained growth rate are of about 4 nm per second.
L'expérience PAMPRE permet de produire des équivalents d'aérosols de l'atmosphère de Titan grâce à un plasma radio fréquence dans un mélange N2-CH4. Le premier objectif de cette thèse a été d'étudier le plasma afin de caractériser la source d'énergie permettant d'amorcer cette chimie. Des mesures de densité électronique montrent que celle-ci est plus faible dans les mélanges N2 -CH4 que dans l'azote pur. Une étude du plasma par spectroscopie optique d'émission montre que cette diminution de densité d'électrons peut être compensée par une augmentation de leur énergie pour maintenir la décharge. Le second objectif est une étude de la croissance des aérosols par des mesures ex situ et in situ Les observations d'aérosols au MEB mettent en évidence l'influence des paramètres du plasma sur la taille des poudres: pour des proportions élevées de CH4 ou des débits de gaz faibles (minimisant ainsi la force de traînée), les particules sont plus grosses, et peuvent atteindre 1 µm de diamètre. En pulsant le plasma, avec une durée d'allumage de 10 s, les aerosols obtenus ont un diamètre proche de celui des aerosols de Titan (90 nm). L'étude en mode pulsé a également permis de mesurer le temps de formation des aérosols, de quelques dizaines de secondes. Ce temps est réduit à pression élevée ou à concentration de CH4 faible. Enfin, un diagnostic de mesure de lumière diffusée a été conçu pour étudier la croissance in situ en temps réel. Les variations du degré de polarisation mesurées sont reproduites par un code de diffusion de Mie, et permettent de déduire la variation du rayondes particules au cours du temps. Les vitesses de croissance obtenues sont de l'ordre de 4 nm/ s.
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Dates et versions

tel-00597792 , version 1 (02-06-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00597792 , version 1

Citer

Grégoire Alcouffe. Production d'équivalents d'aérosols de l'atmosphère de Titan par plasma radio-fréquence. Astrophysique [astro-ph]. Université Versailles Saint Quentin en Yvelines, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00597792⟩
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