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Sedina Tsikata, post-doctorante CNES au Laboratoire de Physique des Plasmas, reçoit le prix René Pellat 2011 de la Société française de physique

Le travail récompensé était destiné à mieux comprendre le phénomène du transport électronique anormal dans un propulseur à effet Hall. Ces propulseurs, utilisés couramment sur des satellites de télécommunication - et plus généralement de missions spatiales telles que SMART-1 (ESA) - souffrent d’un inconvénient important. En raison d’une mauvaise compréhension des nombreux processus physiques en jeu, il n’existe aucun code prédictif pour décrire le fonctionnement de ces propulseurs. Ceci empêche la conception de nouveaux moteurs à forte poussée qui sont très demandés pour des applications futures telles que le transfert d’orbite et le transport de cargos. En France, ces quinze dernières années, la SNECMA et le CNES se sont investis dans la recherche pour comprendre des phénomènes tels que le transport anormal.

Un mode instable susceptible de provoquer ce transport anormal à été étudié numériquement (code PIC ou particulaire) en utilisant une théorie cinétique linéaire, par J.C. Adam, A. Héron et G. Laval au CPHT (Centre de PHysique Théorique, Ecole Polytechnique/CNRS) en 2004. Ce travail était remarquable car c’était le premier à pouvoir montrer le transport électronique dû à de la microturbulence en sortie du moteur. Néanmoins, les longueurs d’onde du mode (mm) et fréquences (MHz) le rendait indétectable par d’autres moyens classiques. Il a été suggéré par A. Bouchoule de faire appel à la diffusion collective, un outil utilisé surtout en plasmas chauds, pour détecter les fluctuations de densité électronique associées à ce mode. Selon une première estimation effectuée par D. Grésillon et N. Lemoine, le mode se trouvait à un niveau de 3 ordres de grandeur plus faible que le bruit.
Le travail de Sedina Tsikata était la conception, la construction et l’application d’un nouveau diagnostic de diffusion collective très performant (PRAXIS - PRopulsion Analysis eXperiments via Infrared Scattering) capable de détecter et de caractériser en détail le mode prédit. Le diagnostic a permis l’identification de l’instabilité ainsi que la caractérisation de sa directivité, de son amplitude et de son étendue angulaire. Ces résultats ont fourni des informations permettant une amélioration de la théorie du mode et sa modélisation. Un autre mode distinct, de type faisceau, a aussi été mis en évidence et caractérisé. Ce travail marquait la première application d’un tel type de diagnostic à un plasma d’une si faible densité (10^16 - 10^18 /m3) et faible température (quelques dizaines d’électrons Volts).



L’installation du banc PRAXIS sur le moyen d’essai national PIVOINE (Orléans). Ce moyen d’essai sert pour tester différents propulseurs aux industriels et aux équipes scientifiques.


Sedina Tsikata : « C’était un travail très collaboratif au sein du GdR "Propulsion Par Plasma dans l’Espace" et nous sommes très reconnaissants des contributions de tous les partenaires impliqués. Nos collègues du CPHT ont motivé l’étude et nos expériences, leurs simulations et la théorie étaient très liées. On a pu voir ensemble la validation de beaucoup d’idées initiales sur le mode, concernant surtout sa fréquence et sa longueur d’onde. On a ensuite apporté des raffinements aux modèles théoriques, telle que l’inclusion d’une composante du vecteur d’onde le long du champ magnétique. Différentes hypothèses ont été testées avec des expériences précises. Nos observations de l’autre mode découvert se propageant axialement ouvrent de nouvelles voies d’étude. »






Le jet du plasma du propulseur PPSX000 de la SNECMA. C’est un moteur de 6kW et un précurseur des moteurs à forte poussée.







Exemple d’un spectre obtenu par moyenne statistique sur 6,5 millions de données: en vert, le signal laser, en bleu, le signal diffusé par le plasma, centré dans cet exemple autour de 5MHz. Ce signal représente le vecteur d’onde orienté dans le même sens que la vitesse de dérive électronique; le faible pic aux alentours du -5MHz concerne un vecteur d’onde orienté dans la direction opposé à cette dérive.

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CNESMAG / Avril 2012

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