Effet de l'épaisseur d'un écran pollué sur la rigidité diélectrique d'un système d'électrodes à champ non uniforme

II.3.2 Théorie du Streamer [17, 18]

Une série d'observations expérimentales montre qu'il se produit des phénomènes peu compatibles avec le mécanisme d'avalanche de Townsend, parmi ces observations :

> La décharge qui apparaît lors de l'amorçage du gaz à des pressions et tensions élevées est l'étincelle électrique qui se présente sous la forme discontinue de canaux lumineux étroits ramifiés et réguliers.

> Le potentiel d'amorçage ne dépend pas du matériau constituant la cathode.

> Le claquage se produit dans un temps plus court que celui nécessaire au transit des

ions positifs, en raison de leur faible mobilité quand la pression est élevée

Dans le cas ou la pression est très élevée, la théorie de Townsend n'est pas valide, ceci a conduit à la proposition d'une autre théorie dite la théorie de streamers.

La vitesse des électrons étant environ cent fois supérieure à celle des ions positifs c'est la formation d'une structure bipolaire ayant :

· Une région (vers l'anode) à forte densité d'électrons.

· Une région (vers la cathode) à forte densité d'ions positifs.

Le champ électrique est fortement perturbé par ces charges d'espace. Si ces densités sont importantes, un nouveau mécanisme est déclenché (le streamer).

Selon Meek [19], trois conditions sont exigée pour qu'apparaisse un streamer :

·

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Production de photons très énergétiques en tête de l'avalanche principale

· Possibilité d'ionisation des molécules de gaz au voisinage de la tête de l'avalanche

· Charge d'espace suffisante en tête de l'avalanche principale pour que soient générée

des avalanches secondaires adéquates dans le champ électrique renforcé.

La taille critique de l'avalanche qui donne naissance au streamer est définie par plusieurs critères, Meek a conclu que l'avalanche peut se transformer en streamer si le champ de charges d'espace EC des ions positifs est sensiblement égal au champ appliqué. Par contre Reather [20] postula que si le nombre de charges d'avalanche principale atteint 10⁸ à 10¹⁰ électrons sous une pression atmosphérique, l'avalanche peut se transformer en streamer. Le temps de développement du streamer est de 10 - 8 s par contre celui prévu par Townsend est de l'ordre de 10 - 5 s.

II.3.2.1 Aspect et constitution d'un streamer [21]

Le streamer apparaît sur une photographie statique comme un étroit filament lumineux. L'émission lumineuse provenant essentiellement des photons créés en tête du streamer, l'aspect filamentaire résulte de l'intégration de cette lumière au cours du temps. Le streamer avance approximativement dans la direction du champ appliqué. Cependant du fait de la nature aléatoire des mécanismes de photo-ionisation, les photoélectrons sont produits non seulement en tête de streamer dans la direction du champ maximal, mais aussi dans une direction radiale par apport à son avancement. Il peut même donner naissance à plusieurs branches secondaires, si des photoélectrons produits simultanément dans des directions opposées créent des avalanches de tailles comparables. La vitesse de propagation est de l'ordre de 10⁸ à 10⁹ cm /s ce qui excède notablement la vitesse des électrons ( 10⁷ cm /s).

En fait la vitesse de propagation du streamer et celle des électrons ne sont pas liées l'une à l'autre puisque l'avancement du streamer résulte plutôt de l'efficacité du processus de multiplication électronique au sein d'une avalanche que de la vitesse des électrons eux- mêmes.