Emission électronique sous impact d'électrons : applications spatiales

Overview & Synopsis

Les satellites de télécommunications permettent la transmission de l’information. Les signaux transitent par des composants radiofréquence (RF) tels que les composants en guide d’ondes, les circulateurs, câbles coaxiaux... Lorsque la puissance RF véhiculée est importante, l’émission électronique sous impact d’électrons peut être à l’origine du déclenchement de l’effet Multipactor. Il s’agit d’un accroissement exponentiel de la densité d’électrons dans le vide du composant par résonance entre champ RF et émission électronique sur les parois. Cet effet néfaste peut conduire à la détérioration progressive du composant RF. Les modèles d’émission électronique utilisés pour prédire le seuil de déclenchement du Multipactor sont généralement basés sur des données extraites de mesures d’émission électronique réalisées sur des matériaux dits ‘purs’. Or, les matériaux utilisés dans les composants RF sont des matériaux dits « techniques », c’est-à-dire exposés à l’atmosphère ambiante. Les propriétés d’émission électronique des matériaux techniques sont différentes de celles des matériaux purs à cause de la contamination naturelle déposée à leur surface. Il en résulte un écart entre les seuils réels de déclenchement du Multipactor et ceux prédis par les modèles. Il est donc nécessaire d’évaluer les effets de la contamination sur les propriétés des électrons émis tels que leur quantité, représentée par le rendement d’émission, leur nature, secondaires ou rétrodiffusés, ou encore leur distribution énergétique. L‘objectif de la thèse consiste à caractériser expérimentalement sous vide les propriétés d’émission électronique de matériaux utilisés dans des applications spatiales tels que l’argent et l’aluminium dans leur état de contamination naturel, afin de fournir des données précises à la communauté du spatial tout en contribuant à comprendre et quantifier le rôle joué par la contamination naturelle sur leurs propriétés d’émission électronique. Afin de répondre à cet objectif, un moyen expérimental nommé CELESTE, permettant de caractériser les différentes propriétés d’émission électronique de ces matériaux sous ultravide, a été développé au cours de cette thèse. Il permet d’effectuer des mesures de rendement d’émission électronique ainsi que des mesures de rendement de rétrodiffusion. Afin d’établir un lien entre la physique d’émission bien connue des matériaux purs et la physique d’émission des matériaux d’utilité pratique (contaminés), un protocole expérimental spécifique a été mis en place. Il permet de caractériser l’évolution du rendement d’émission et de la distribution énergétique des électrons émis à partir d’un matériau exposé à l’air jusqu’à l’élimination par décapages ioniques successifs de tous les contaminants déposés à la surface. Une corrélation a été établie entre évolution du rendement d’émission et évolution de la composition de la surface de l’argent et de l’aluminium. Ce travail a permis de mettre en évidence l’influence prépondérante des contaminants naturels sur leurs propriétés d’émission électronique. En effet, les propriétés d’émission de ces deux matériaux exposés à l’air dépendent davantage de la nature de la couche de contamination déposée à la surface que du matériau pur sous-jacent.