MAGNÉTOHYDRODYNAMIQUE (MHD)
Magnétohydrodynamique des gaz faiblement ionisés
Équations générales
Un gaz faiblement ionisé est composé essentiellement d'atomes, de molécules neutres et de quelques particules chargées : électrons et ions. Les densités numériques n0, ne, ni de ces trois espèces de particules satisfont aux relations ne = ni (neutralité électrique) et ne ⪡ n0. Des gaz de ce type se rencontrent en électrotechnique (décharges dans les gaz, convertisseurs d'énergie), en aérodynamique (écoulements hypersoniques) et en géophysique (basse ionosphère).
Les propriétés hydrodynamiques d'un gaz faiblement ionisé sont essentiellement celles du gaz neutre. D'autre part, les forces électromagnétiques appliquées aux particules chargées sont transmises localement aux particules neutres par les collisions électron-neutre et ion-neutre qui sont très fréquentes si la pression n'est pas trop basse. Dans ces conditions, on peut, si l'on se limite à l'étude d'écoulements ne variant pas trop vite dans le temps ou dans l'espace (basses fréquences, grandes longueurs d'ondes), transposer les équations de la M.H.D. aux gaz faiblement ionisés. Cependant, pour tenir compte de la compressibilité du gaz, il faut écrire le système complet des équations hydrodynamiques.
Les équations électromagnétiques de la M.H.D. se transposent sans grandes modifications aux gaz faiblement ionisés. La condition pour que le courant de déplacement soit négligeable s'écrit :
![](/media_src/v14f0293c01.png)
![](/media_src/v14f0293c02.png)
![](/media_src/v14f0294a01.png)
Le tableau permet finalement de comparer les propriétés magnétohydrodynamiques d'un gaz faiblement ionisé typique et d'un métal liquide tel que le mercure.
Génération d'électricité par conversion M.H.D.
Bien que les idées de base de la M.H.D. remontent aux travaux de Faraday, c'est surtout depuis 1955 que l'utilisation de gaz ionisés dans des convertisseurs d'énergie a fait l'objet de travaux importants. Le but recherché est la mise au point de générateurs à induction transformant directement l'énergie interne d'un gaz chaud en énergie électrique sans passer par l'intermédiaire de machines tournantes (turbines, alternateurs ou dynamos). Pour cela, on rend le gaz légèrement conducteur de l'électricité en l'ionisant partiellement : l'ionisation est facilitée par l'ensemencement du gaz en atomes alcalins facilement ionisables ; elle peut être purement thermique ou augmentée par un champ électrique auxiliaire. Le gaz chaud ionisé est envoyé dans une tuyère M.H.D. qui joue un double rôle : d'une part, le gaz s'y détend et transforme une partie de son énergie thermique en énergie[...]
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Écrit par
- Jean-Loup DELCROIX : Professeur à l'Université de Paris-Sud Orsay. Directeur de l'Ecole Supérieure d'Electricité.
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