Modélisation numérique d'un actionneur plasma de type décharge à barrière diélectrique par la méthode de dérive-diffusion

Les actionneurs au plasma de type décharge à barrière diélectrique (DBD) sont un dispositif proposé pour le contrôle actif de l'écoulement en vue d'améliorer les performances des avions et des turbomachines. Ces actionneurs sont essentiellement constitués de deux électrodes séparées par une couche de matériel diélectrique et produisent un effet sur l'écoulement en convertissant l'électricité directement en force d'actionnement. En raison des coûts pour réaliser des expériences dans des conditions réalistes, il existe un besoin pour développer un modèle numérique prédisant la force d'actionnement et l'effet de divers paramètres sur cette dernière. En effet, cette force d'actionnement est notamment affectée par les conditions atmosphériques (température, pression et humidité), la vitesse du fluide neutre, la tension appliquée sur les électrodes (amplitude, fréquence et forme d'onde) et la géométrie de l'actionneur. Dans cette perspective, l'objectif de ce mémoire est d'implémenter un modèle plasma pour actionneur DBD ayant le potentiel de prédire l'effet de ces différents paramètres sur la force d'actionnement. En modélisation d'actionneur DBD, deux types d'approche sont proposés, à savoir modélisation à faible ordre (ou phénoménologique) et modélisation à ordre élevé (ou scientifique). Toutefois, une étude critique, présentée dans ce mémoire, a révélé que l'approche phénoménologique est basée sur des hypothèses erronées et n'a pas la robustesse nécessaire pour prédire une force d'actionnement sans calibration artificielle pour chaque cas spécifique. Ainsi, l'approche choisie pour modéliser la force d'actionnement est un modèle scientifique de type dérive-diffusion prenant en compte quatre espèces chimiques (électrons, ions positifs, ions négatifs et éléments neutres). Ce modèle a été choisi, car les résultats obtenus avec ce dernier sont consistants avec les observations expérimentales. De plus, il possède un bon potentiel d'amélioration pour tenir compte de l'effet de la pression, de la température et de l'humidité de l'air en plus de nécessiter qu'un temps de calcul raisonnable. Le modèle sélectionné a été indépendamment implémenté en langage C++ et validé pour différents cas de test. Le modèle a été ensuite utilisé pour simuler l'effet de la force d'actionnement sur la transition laminaire-turbulente d'un profil d'aile afin de valider la performance des simulations CFD utilisant ce modèle. Les résultats obtenus montrent que ce modèle prédit mieux l'effet de la force d'actionnement sur l'écoulement qu'un modèle phénoménologique pour un cas pratique en aérospatial.