Abstract FR:

La propulsion ionique est un besoin pérenne des satellites et des engins spatiaux, du fait des économies substantielles réalisées sur la masse embarquée. Avec l’apparition des missions scientifiques toujours plus ambitieuses et nécessitant de hauts degrés de précisions telles que le contrôle très précis de la position des satellites, les phénomènes d’interférométrie dans l’espace, la compensation de la traînée dans la haute atmosphère, et les expériences en microgravité, de nouvelles solutions technologiques sont développées par la communauté scientifique notamment la technologie des réacteurs électriques à effet de champ baptisé FEEP. Ces micropropulseurs qualifiés de nouvelles générations, de dimension d’environ 10 cm de diamètres, ultra précis, et capables de produire une modulation de poussée Newton appropriée, constituent un challenge extrême dans ces nouvelles applications scientifiques. Si cette technologie semble désormais mûre, il n’en demeure pas moins que beaucoup de chemin reste à parcourir pour obtenir des propulseurs FEEP optimisés. Dans ce cadre, un diagnostic précis des propriétés du plasma en fonction de la configuration du moteur reste indispensable. L’objectif de notre travail était d’apporter une contribution substantielle à l’amélioration des modèles pour un plasma d’Indium utilisé pour ces diagnostics. Notre premier travail a consisté à construire la base des données atomiques fiables. La compilation des données publiées nous a permis d’obtenir les niveaux d’énergie considérés avec une très bonne précision, qui sont en très bons accords avec les spectres expérimentaux. Des incertitudes plus grandes sont néanmoins apparues dans la détermination des coefficients de taux radiatifs et de collision. La deuxième étape de notre travail a été d’intégrer notre base de données dans des modèles cinétiques ou statistiques avec lesquels nous avons évalué l’évolution de l’état d’ionisation du plasma et de la distribution des populations des états excités en fonction de la température Te et de la densité Ne des électrons libres. La densité des propulseurs étant faible, nous sommes partis du modèle Coronal, à partir duquel, par une approche hybride, nous avons également estimé la distribution des états excités. L’estimation du domaine de validité de l’approximation Coronale que nous avons faite indique que les plasmas de propulseur sont à la limite de ce domaine, et même assez nettement en dehors selon les niveaux atomiques et ioniques que l’on considère. Nous avons donc construit un code Collisionnel-Radiatif détaillé, nommé CORAD, qui traite de façon plus exacte la cinétique des états de l’In I, II et du fondamental de l’In III. A l’aide de ce code, nous avons analysé l’influence de la densité électronique sur l’ionisation moyenne et la densité de population. Le code CORAD redonne bien les deux limites Coronale et ETL à basse et à haute densité électronique ainsi que le régime entre ces deux limites. La dernière partie de notre travail a été dédiée à l’analyse de spectres expérimentaux. L’identification des raies a dans tous les cas, donné un très bon accord entre les valeurs expérimentales et notre base de données. L’analyse du spectre ne nous a ainsi pas permis de conclure sur la densité du plasma. Néanmoins, nous avons pu à partir de certaines raies, retrouver le bon ordre de grandeur pour la température des électrons. La comparaison des raies de l’In I et de l’In II nous a amené à conclure que l’ensemble du spectre ne peut être interprété en supposant une source homogène à une température fixée.