Mesure ponctuelle de variations du potentiel de surface d'une sonde électrostatique et leur influence sur la détermination de la température électronique d'un plasma
Résumé
Le plasma ionosphérique qui entoure la terre, à une altitude variant de 60 à 700 km environ, a beaucoup été étudié grâce au récent développement de la technique spatiale. C'est sur la base d'une idée développée, il y a une cinquantaine d'années par LANGMUTR et son équipe (1) , que sont basées les sondes électrostatiques qui permettent la détermination de la température électronique, entre autres paramètres du plasma ionosphérique came des plasmas de laboratoire. Bien que le principe en soit fort simple, les résultats obtenus sont souvent entachés d'erreurs dues principalement aux phénomènes d'interface entre la sonde et le plasma. Ces erreurs sont surtout importantes pour les électrons faiblement énergétiques tels que ceux de la basse ionosphère, pour lesquels la température électronique mesurée par une sonde électrostatique est en général plus élevée que celle mesurée par d'autres techniques telles que le sondeur à diffusion incohérente. La caractéristique courant/tension d'une sonde électrostatique utilisée pour la détermination de la température électronique d'un plasma est le reflet de l'interaction entre la sonde et le plasma. Elle dépend donc de l'état de surface de la sonde aussi bien que de l'état physique du plasma . La maîtrise de cet état et la connaissance de son influence sur les processus d'interaction sont indispensables pour l'analyse de la caractéristique. Le potentiel de surface de la sonde est un paramètre essentiel dans la collection des particules (électrons et ions) du plasma . Il présente généralement des variations locales d'un point à l'autre de la surface qui sont dues à la structure cristalline de celle-ci et des variations temporelles en un point donné qui résultent des réactions physico-chimiques entre la surface de la sonde et les particules de l'atmosphère neutre ainsi que du plasma. Bien que ces deux effets soient présents en même temps, les expériences décrites ultérieurement dans ce travail ont permis de les séparer pour mieux les étudier.Cette étude comporte essentiellement 2 parties : dans la première, nous avons mesuré les variations spatio-temporelles du potentiel de surface d'un matériau nouveau, le carbone vitreux dont l'utilisation dans la réalisation des sondes s'est répandue en Europe depuis quelques années. Ces mesures ont été faites dans des conditions d'ultra vides nécessaires à l'obtention de surfaces initialement "propres". Elles ont utilisé 2 méthodes différentes : le condensateur vibrant et le Voltmètre Electronique Superficiel et Ponctuel (V.E.S.P.) de GUTTTARD (24). Elles ont confirmé la parfaite aptitude du carbone vitreux comme matériau de base des sondes de Langmuir. La deuxième partie de ce travail a consisté à faire une évaluation quantitative de l'influence des variations locales du potentiel de surface d'une sonde électrostatique sur la mesure de la température électronique d'un plasma. Les sondes utilisées sont des "sondes à peignes" qui permettent d'imposer des variations périodiques et contrôlées du potentiel de surface et d'en mesurer l'influence sur la mesure de la tanpérature électronique. Ces mesures ont été faites dans le grand caisson à plasma du laboratoire. Le plan de cette étude est le suivant : dans le chapitre I, nous résumons brièvement le principe et le fonctionnement de la sonde électrostatique et nous indiquons l'état actuel des connaissances sur l'influence de l'état de surface. Dans le chapitre II, nous rappelons les notions fonda- mentales qui relient le potentiel de surface au travail de sortie et nous faisons la liste des principales méthodes de mesure. Le chapitre III est consacré à 1 ' étude du carbone vitreux comme matériau de base pour la réalisation des sondes et le chapitre IV donne les résultats obtenus avec les "sondes à peignes" en ce qui concerne l'influence des variations locales du potentiel de surface sur la mesure de la température électronique.
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