Mission
La propulsion électrique, et en particulier le propulseur de Hall, est un sujet d’intérêt depuis de nombreuses années au sein de l’équipe GREPHE du laboratoire LAPLACE [1]. Ces propulseurs se sont récemment imposés comme le standard pour manœuvrer les satellites, notamment en raison de leur très grande impulsion spécifique. Dans certains modes de fonctionnement, ces propulseurs peuvent générer du rayonnement dans le domaine Gigahertz. La tendance actuelle à la réduction de la taille des satellites, et donc au potentiel rapprochement entre ses moyens de communications et le propulseur, a déclenché des recherches pour quantifier ces émissions et comprendre leur origine physique.
L’une des principales difficultés de ces études réside dans le fait que les chambres à vide permettant le fonctionnement de ces satellites sur Terre sont constituées de parois métalliques. Celles-ci agissent d’un point de vue électromagnétique comme des cavités résonantes, rendant complexe d’un part la mesure de ces signaux, et d’autre part l’extraction d’information sur leur origine.
Dans le cadre d’un post-doctorat, la première génération de métrologie et de mesure de ces émissions a eu lieu [2], permettant d’évaluer le niveau de signal et les différentes bandes spectrales impactées. Dans la suite de ces travaux, une thèse ayant pour objectif de relier ce rayonnement à son origine physique et donc au fonctionnement du propulseur est en cours d’achèvement. Elle a notamment montré la synchronisation des émissions avec le courant de décharge du propulseur [3], et quantifié le spectre de ces émissions. Des mesures corrélant ces émissions avec les fluctuations locales de densité électronique du propulseur sont également en cours d’étude.
Le sujet de cette thèse consiste à poursuivre les travaux entrepris depuis 5 ans au Laplace sur ce thème et d’étudier plus en profondeur le rôle de la cathode dans l’apparition de ces phénomènes. Plusieurs points seront à aborder au cours du travail doctoral :
-Le développement de la métrologie de mesure des émissions et des fluctuations de densités électronique sera continué, avec une approche de synchronisation de ces différents éléments de mesure pour affiner la localisation spatiale de la source des émissions.
-La cathode, source d’électrons permettant au propulseur de conserver une charge constante, semble jouer un rôle prépondérant dans ces émissions. Une étude plus spécifique de son fonctionnement, sans le couplage au propulseur, avec et sans champ magnétique transverse, est prévue. L’existence et la dépendance des émissions à une modulation de l’anode seront également regardées. Pour ce faire, une cathode de classe 5A au LaB6 sera utilisée afin d’être le plus représentatif des cathodes type vol. Des essais seront menés avec différents ergols afin d’en étudier l’impact : xénon, krypton, et potentiellement l’argon.
-La poursuite de l’analyse des campagnes de mesures sera effectuée, avec une volonté de mettre les résultats en regard de la compréhension actuelle de la physique du propulseur et de ses différentes instabilités.
-Enfin, l’inauguration d’un laboratoire CNES dédié à l’étude des propulseurs, est une opportunité permettant de valider nos études dans une chambre à vide différente et plus proche des conditions opérationnelles nominales du satellite. Plusieurs campagnes de mesures pourront être envisagées.
[1] J.-P. Boeuf, Tutorial: Physics and modeling of Hall thrusters, J. Appl. Phys. 121, 011101 (2017) [contact Directeur de thèse - Then, prepare a resume, a recent transcript and a reference letter from your M2 supervisor/ engineering school director and you will be ready to apply online before March 13th, 2026 Midnight Paris time!
Profil
Master en physique, idéalement en physique des plasmas
Laboratoire
LAPLACE
Message from PhD Team
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