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" Je cherche quand je veux, je trouve quand je peux. " (Albert Einstein)

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Le procédé PACES

Description technique

Principe thermodynamique

Principe électrostatique

Contradiction avec le principe de Carnot ?

Les applications

Expérience 1

Expérience 2

Expérience 3

Illustration du principe thermodynamique par l'expérience de Joule

Illustration du principe électrostatique par l'expérience d'un groupe hollandais

 

 

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Expérience troisième possibilité.
Configuration avec les ions en surface


 

Production des ions

Le vide établi, on introduit le gaz (ex : SF6 à 0,01 bar) puis on alimente la cathode froide tout en établissant une tension positive sur la plaque métallique épaisse qui va attirer les électrons et les ions négatifs produits par l’émission électronique de la cathode froide. Les ions négatifs vont venir se déposer sur la couche diélectrique de silice. On alimente la cathode jusqu’à obtenir dans la couche un champ électrique de 250 à 500 KV/mm , soit une tension de 2,5 à 5 Volts pour une couche de 10 nanomètres, et une densité d’ions de 0,01 à 0,02 Coulomb/m² correspondant à une distance de 3 à 4 nanomètres entre deux ions voisins.

Contrôle de la charge

Comme dans la configuration avec l’électret, on pourra contrôler la charge grâce au variateur de tension et un nano ou picoampèremètre. Pendant que la plaque se charge, la tension doit être maximum (36 V) pour attirer les ions négatifs. Si l’on veut connaître le niveau de charge, on coupe l’alimentation de la cathode froide puis on fait baisser la tension de la plaque, jusqu’à ce que le potentiel au niveau de l’interface gaz-silice s’annule puis devienne négatif. A cet instant la plaque métallique fine doit commencer à se charger positivement et des ions négatifs doivent remonter vers la plaque fine, ce que l’on doit détecter avec le nano ou picoampèremètre ; le niveau de tension à cet instant indiquera le niveau de tension dans le couche diélectrique et le niveau de charge.

Nature du gaz

Les qualités du gaz doivent être :

-         une bonne polarisabilité (ou susceptibilité diélectrique : Er-1) car d’elle dépend l’accélération de la molécule dans le champ électrique d’un ion.

-         Une forte électronégativité pour produire un ion stable, c’est à dire qui retienne fortement l’électron sur la couche diélectrique.

Pour réunir plus facilement ces deux qualités, il serait peut-être judicieux, au lieu d’utiliser un seul gaz, de mélanger deux gaz, l’un majoritaire qui serait doué d’une bonne polarisabilité, et l’autre minoritaire qui serait doué d’une forte électronégativité.

Durée de vie des ions négatifs et puissance consommée

Concernant la stabilité ou durée de vie des ions négatifs, il faut considérer le rôle de barrière électronique réalisé par l’interface silice-gaz, du à la très forte résistivité de la silice, de l’ordre de 1017  Wcm si elle est bien sèche. Il faudra éliminer le maximum d’eau en faisant un vide poussé avant l’expérience, ou bien en étuvant, ou encore en utilisant en silicagel (gel de silice).

Avec une résistivité de 1017   Wcm et un champ électrique de 500 KV/mm (5X106 V/cm) on aurait un courant de 5X10-11 A/cm² soit 5X10-7 A/m². Même si l’instabilité des ions induisait un courant 10 000 fois plus intense, ce qui est peu probable, on aurait seulement 5X10-3 A/m², et une puissance électrique consommée de 0,2 Watt/m² pour un voltage total d’environ 40 Volts, ce qui est encore négligeable par rapport à la puissance de transfert thermique à attendre.

Epaisseur des plaques – Mesure du refroidissement : voir première possibilité.

 

Avantages – difficultés

Cette configuration présente des avantages incontestables par rapport aux deux configurations précédentes, ne serait-ce que la simplicité de réalisation. Cependant, elle présente aussi des inconnues qui peuvent rendre l’analyse très difficile ou impossible en cas d’échec de l’expérience : Est-ce que la distance d’attraction des molécules par les ions, de l’ordre de 2 ou 3 nanomètres, serait suffisante ?  Est-ce que les ions resteraient parfaitement en surface ou s’enfouiraient-ils de quelques nanomètres dans le diélectrique ? Dans le dernier cas, la zone d’attraction serait elle aussi enfouie et deviendrait inopérante. Est-ce que la surface diélectrique serait suffisamment plane et compacte à l’échelle d’un ion, à l’image d’une balle de golf sur un terrain de golf ? Si elle ressemble plutôt à un champ de labour, les ions s’enfouiront et leur champ électrique sera inaccessible pour les molécules de gaz.

 

Autres configurations

Les autres configurations où l’on produit une zone très mince de champ électrique sans générateur (mélange de grains très fins de deux matériaux de potentiels de surface différents, grille ultrafine, surface microporeuse) peuvent être qualifiées de futuristes. Elles ne semblent pas indiquées pour tenter une expérience, mais elles devraient faire l’objet de recherches dès que l’une des configurations aura démontré que le procédé fonctionne.

Quelquefois, les plus petits ressorts font mouvoir les plus grandes machines.
(Jean-Paul Marat)

 

 

 

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