Soutenance de thèse de Etienne MICHAUX

Les propulseurs à arc sous vide représentent une technologie de propulsion spatiale innovante, légère et compacte. Ils fonctionnent en générant des arcs électriques qui, dans le vide de l’espace, vaporisent et ionisent le matériau composant la cathode. Ce dernier est expulsé à grande vitesse ce qui génère ainsi une poussée dans la direction opposée. Ces propulseurs sont particulièrement adaptés aux petits satellites grâce à leur simplicité, leur faible consommation énergétique et leur utilisation d’un ergol solide, ce qui minimise leur masse. Cependant, la physique des arcs sous vide dans un contexte de propulsion reste encore partiellement méconnue. En particulier, la dynamique de l’érosion de la cathode nécessite des travaux de recherche approfondis pour comprendre, et donc optimiser, l’utilisation des ergols. Dans cette thèse, le comportement du plasma généré par le PJP, un propulseur à arc sous vide développé par l’entreprise COMAT, est analysé à l’aide de divers moyens expérimentaux. Ce propulseur se distingue par sa compacité et sa capacité à développer un fort courant sur une impulsion très brève. Des campagnes de mesures résolues en temps par sondes électrostatiques montrent une densité de plasma élevée, ainsi qu’une vitesse des ions supérieure à celle trouvée dans d’autres propulseurs du même type. Différentes méthodes d’imagerie révèlent que les pieds de l’arc électrique forment des motifs fractals à la surface de la cathode. La façon dont ces motifs se forment, et la manière dont le matériau de la cathode influence leur géométrie, est analysée et interprétée. Enfin, la corrélation entre les phénomènes observés à l’échelle microscopique et les performances globales du propulseur est examinée. Les conclusions de ce travail posent les bases d’une compréhension plus aboutie des processus physiques à l’œuvre dans les propulseurs à arc sous vide, ouvrant la voie à leur optimisation future.