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Η εν λόγω διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο μελέτης το ρόλο των διαφόρων συντελεστών μεταφοράς σε συνθήκες ψυχρού πλάσματος, για τη δημιουργία και διάδοση των κυμάτων ιονισμού (streamers), και τον υπολογισμό αυτών των συντελεστών μέσω του λογισμικού επίλυσης της εξισώσεως Boltzmann, καθώς και τη σύγκλιση που παρουσιάζει πειραματικά και θεωρητικά ο υπολογισμός αυτών με τη χρήση του συγκεκριμένου προγράμματος. Εν αρχή παρουσιάζονται κάποιες βασικές έννοιες και στοιχεία σχετικά με τις ηλεκτρικές εκκενώσεις, το πλάσμα και τις αρχές που το διέπουν. Το πλάσμα παράγεται μέσω ηλεκτρικών εκκενώσεων σε αέρια, τα οποία μετατρέπονται σε αγώγιμα μέσα. Με κριτήρια την ηλεκτρονική του θερμοκρασία, πυκνότητα και το βαθμό ιονισμού του το κατατάσσουμε σε ψυχρό, θερμικό και θερμό. Η δημιουργία πλάσματος εξαρτάται από μια πληθώρα παραγόντων, όπως η γεωμετρία του αντιδραστήρα και του διακένου, τα χαρακτηριστικά του αερίου και φυσικά το σύστημα τροφοδοσίας. Οι εφαρμογές του ποικίλλουν, και κυμαίνονται από την παραγωγή Laser, ηλεκτρικής ισχύος μέσω της θερμοπυρηνικής σύντηξης, όζοντος αλλά και την επεξεργασία υλικών και επιφανειών. Ακολουθεί έπειτα μια σύντομη ανάλυση των εξισώσεων Μεταφοράς Boltmann και κατανομής Maxwell-Boltzmann. Παρακάτω ακολουθεί η ανάπτυξη στοιχείων της θεωρίας των ηλεκτρικών εκκενώσεων, όπως αυτών της διάσπασης δια του μηχανισμού Streamer. Εν συνεχεία, αναλύεται ο ρόλος των προγραμμάτων επιλύσεως της εξισώσεως Boltzmann στον υπολογισμό των συντελεστών μεταφοράς και στην αξιόπιστη εξομοίωση των φαινομένων των ηλεκτρικών εκκενώσεων, παρουσιάζεται το λογισμικό επιλύσεως της εξίσωσης Boltzmann, Bolsig+, οι παράμετροι λειτουργίας καθώς και οι δυνατότητες αυτού. Κατόπιν, ακολουθούν σε αντιπαραβολή πειραματικές μετρήσεις με τις αντίστοιχες προβλέψεις του Bolsig+ για ταυτόσημες συνθήκες. Εν κατακλείδι, συνοψίζεται η χρησιμότητα αξιόπιστων προγραμμάτων επίλυσης, όπως το προαναφερθέν καθώς και η βαρύτητα των συντελεστών μεταφοράς στα υπό μελέτη φαινόμενα ηλεκτρικών εκκενώσεων. / The main subject of this thesis is the investigation of the importance and role of the macroscopic coefficients, in cold plasma conditions, in the creation and propagation of streamers and also the calculation of these coefficients through the sollution of the Boltzmann equation, via a Boltzmann equation solver, and their convergence with experimental data. First some fundamental principles ,concerning electric discharges, are presented. Plasma is produced through gas discharges, which become conductive as a result. Depending on their electronic temperature, density and ionization degree the plasmas are categorized as cold, thermal and thermonuclear. The creation of plasma depends on a number of factors, such as the reactor's and the gap's geometry, the nature of the gas and the power system. Its applications vary, ranging from Lasers, production of electric power through nuclear fusion, ozone production to the processing of materials and surfaces. A brief analysis of Boltzmann's Distribution Law and Boltzmann's Transport equation follows, while the fundamental principles of gas discharges, such as the streamer mechanism, are also presented. In addition to the above, the specific method for the numerical solution of the Boltzmann equation used by the Boltzmann solvers, such as BOLSIG+, is thoroughly analyzed. The importance of the equation's solution is further explained, as are the natural processes and mechanisms that lead to the creation and propagation of the streamer phenomenon. Moreover, several calculations of the macroscopic coefficients, through experimental data and their respective models are presented in comparison to calculations of the same coefficients through the solution of Boltzmann's Transport equation. Finally, the necessity for reliable and fast Boltzmann equation solvers is summarized, as well as the gravity of the transport coefficients in the investigation and analysis of gas discharges, such as streamers.

The aim of this thesis has been to explore how messages in Twitch chats are affected by the gender of the streamer and the type of game that they are playing. Using a quantitative method, messages from twelve different streamers, male and female were downloaded and categorised depending on their content. The analysis used theories on game categorisation in order to understand the complexity of the games that the broadcasters were playing, and in combination with this knowledge and the results of the data collection conclusions could be drawn between the complexity of a game and the amount of comments regarding gameplay or appearance in female streams.The analysis used feminist theories in order to understand the underlying reasons for the observed exclusion of women in both the gaming world in general, and in the Twitch streams. This analysis showed tendencies in the Twitch audience to adapt a male gaze as they were more prone to comment on passive aspects of the female streamers. The thesis concluded that the "true gamer" culture seems to be affecting female streamer son Twitch in several ways, and that the exclusion of female streamers takes different forms depending on the game they are playing.

Les sprites sont de gigantesques phénomènes lumineux qui sont produits entre 40 et 90 km d’altitude généralement par des éclairs nuage-sol positifs. Les sprites sont des phénomènes très brefs (durée de quelques millisecondes) qui appartiennent à la famille des TLEs (évènements lumineux transitoires) et qui sont composés de structures filamentaires nommées streamers. Les streamers sont des filaments de plasma, qui se propagent à des vitesses allant jusqu’à ∼10⁷ m/s et qui possèdent des champs électriques très forts souvent proches de 150 kV/cm (champs réduit à la pression atmosphérique). Lors de ce travail, on a développé un modèle fluide de plasma qui simule les décharges streamers couplées avec un modèle simulant les émissions optiques afin d’étudier la physique des streamers, des TLEs et plus particulièrement des sprites dans le cadre de la mission spatiale TARANIS. Cette mission a pour objectif d’étudier le système Atmosphère-Ionosphère-Magnétosphère, et observera les TLEs et leurs émissions associées: électromagnétiques, optiques, et probablement radiations énergétiques depuis le nadir. Dans cette thèse, on propose d’étudier certains problèmes liés aux streamers et aux sprites qui sont cruciaux pour préparer la mission TARANIS. Plus particulièrement nous abordons certains mécanismes de production de radiations énergétiques par les streamers récemment proposés dans la littérature et nous développons une méthode qui permet de déterminer l’altitude, la vitesse et le champ électrique des streamers des sprites, à partir d’une analyse spectroscopique de leurs émissions optiques. Nos résultats renforceront donc le retour scientifique des futures missions spatiales observant les TLE depuis le nadir et particulièrement TARANIS. / Sprites are large optical phenomena usually produced between 40 and 90 km altitude generally by positive cloud-to-ground lightning (+CG). These are short lifetime phenomena (duration of few milliseconds) that belong to the family of transient luminous events (TLEs) and composed of complex filamentary structures called streamers. Streamers are non-thermal plasma filament, highly collisional, propagating with velocities up to 10⁷ m/s, and characterized with high electric fields at their heads often close to 150 kV/cm when scaled to ground level air. In this work, we have developed a streamer plasma fluid model coupled with an optical emission model to investigate the physics of streamers and sprites in the framework of the TARANIS space mission. TARANIS will observe TLEs from a nadir-viewing geometry along with their related emissions (electromagnetic and particles). In this dissertation, we investigate some mechanisms of emission of energetic radiation from streamers recently proposed in the literature and we present an original spectroscopic method to determine sprite streamers altitudes, velocities, and electric fields through their optical emissions. This method is especially useful for increasing the scientific return of space missions that have adopted nadir-based observation strategies.

L'objectif de cette thèse est d'étudier la génération des streamers dans l'huile minérale sous tension impulsionnelle et tension alternative avec des conditions de champ largement variées en présence de certaines pollutions (particules et eau). Ce travail apporte une meilleure compréhension de la génération des phénomènes précurseurs du claquage. Les résultats obtenus mettent en évidence l'influence importante de la géométrie et des impuretés (particules, eau) sur la génération des streamers. Un effet remarquable de diminution du champ de génération avec l'augmentation du rayon de courbure de l'électrode est observé. Cette diminution est l'origine de l'effet de surface généralement observé sous créneaux de tension et sous tension alternative dans l'huile très bien filtrée. Une dégradation supplémentaire existe lorsque l'huile est polluée et soumise à la tension alternative. L'étude réalisée en géométrie semi-uniforme (plan-plan avec une électrode d'amorçage) permet de simuler les conditions de génération et de propagation des streamers provoqués par des particules ou des aspérités de la surface en géométrie uniforme.

Electrical discharges with a variety of different forms (streamers, glow corona, leaders, etc.) broadly exist in nature and in industrial applications. Under certain conditions, one electrical discharge can be transformed into another form. This thesis is aimed to develop and use numerical simulation models in order to provide a better physical understanding of two of such transitions, namely the glow-to-streamer and the streamer-to-leader transitions in air. In the first part, the thesis includes the two-dimensional simulation of the glow-to-streamer transition under a fast changing background electric field. The simulation is performed with a fluid model taking into account electrons. An efficient semi-Lagrangian algorithm is proposed to solve the convection-dominated continuity equations present in the model. The condition required for the glow-to-streamer transition is evaluated and discussed. In order to enable such simulations for configurations with large interelectrode gaps and long simulation times, an efficient simplified model for glow corona discharges and their transition into streamers is also proposed. The second part of the thesis is dedicated to investigate the dynamics of the streamer-to-leader transition in long air gaps at atmospheric pressure. The transition is studied with a one-dimensional thermo-hydrodynamic model and a detailed kinetic scheme for N2/O2/H2O mixtures. In order to evaluate the effect of humidity, the kinetic scheme includes the most important reactions with the H2O molecule and its derivatives. The analysis includes the simulation of the corresponding streamer bursts, dark periods and aborted leaders that may occur prior to the inception of a stable leader. The comparison between the proposed model and the widely-used model of Gallimberti is also presented. / Elektriska urladdningar av olika former (streamers (från engelska), glöd-korona, ledare, etc.) förekommer i stor utsträckning i naturen och i industriella applikationer. Under vissa förhållanden kan en elektrisk urladdning omvandlas till en annan form av elektrisk urladdning. Denna avhandling syftar till att utveckla och använda numeriska simuleringsmodeller för att ge en bättre fysikalisk förståelse av två sådana övergångar, nämligen glöd-till-streamer- och streamer-till-ledar-övergångar, i luft. I den första delen, avhandlas en tvådimensionell simulering av glöd-till-streamer-övergången med ett hastigt föränderligt elektriskt fält i bakgrunden. Simuleringen utförs med en flödesmodell som tar hänsyn till elektronerna. En effektiv semi-Lagrangesk algoritm föreslås för att lösa de konvektionsdominerade kontinuitetsekvationerna i modellen. Vidare utvärderas och diskuteras förutsättningarna för glöd-till-streamer-övergången. För att möjliggöra sådana simuleringar i konfigurationer med stora elektrodavstånd och långa simuleringstider, föreslås också en effektiv och förenklad modell för glöd-korona-urladdningar samt deras övergång till streamers. Den andra delen av avhandlingen är tillägnad att undersöka dynamiken i streamer-till-ledar-övergångar över långa avstånd i luft, under atmosfäriskt tryck. Övergången studeras med en endimensionell termohydrodynamisk modell och en detaljerad kinetisk modell för blandningar av N2/O2/H2O. För att utvärdera effekten av luftfuktighet, innefattar den kinetiska modellen de viktigaste reaktionerna med H2O-molekylen och dess derivat. Analysen innefattar simuleringen av motsvarande streamer-kedjor, mörka perioder och avbrutna ledare som kan förekomma före starten av en stabil ledare. En jämförelse mellan den föreslagna modellen och den allmänt använda modellen av Gallimberti presenteras också. / <p>QC 20170418</p>

Ce travail porte sur une étude comparative des huiles végétales (esters naturels) issues de différentes graines, esters synthétiques, et minérales sur la base des caractéristiques de génération et de propagation des streamers qui s’y développent, des tensions de claquage ainsi que des décharges se propageant sur un isolant solide en présence de ces huiles. Il ressort des résultats obtenus qu’en géométrie pointe – plan, sous tension continu, la tension de génération en polarité positive est toujours supérieure à celle mesurée en polarité négative et elle est plus élevée dans les huiles esters que dans les huiles minérales quelle que soit la polarité de l’électrode pointe. En ce qui concerne la propagation de streamers sous tension impulsionnelle de foudre, les longueurs finales (ou longueurs d’arrêt) Lf des streamers positifs sont environ10 fois supérieures à celles des streamers négatifs. Pour atteindre la même Lf, il faut beaucoup plus de tension en polarité négative qu’en polarité positive. Par conséquent, les tenues diélectriques sont plus élevées en polarité négative qu’en polarité positive. D’autre part, Lf est plus élevée dans les huiles végétales que dans certaines huiles minérales. La tension de claquage des huiles isolantes, déterminée selon la norme CEI 60156, suit généralement une distribution Normale. Les probabilités de claquage peuvent alors être déterminées suivant la distribution Normale en prenant un échantillonnage suffisamment grand (n>30). Il est également montré que les huiles végétales et l’ester synthétique présentent des tensions de claquage (U1%, U10% et U50%) plus élevées que les huiles minérales sous tension alternative. La tension de claquage moyenne est aussi plus élevée dans les esters que dans les huiles minérales sous tension impulsionnelle de foudre. La morphologie, la longueur d’arrêt et le courant des décharges se propageant sur un isolant solide (carton) immergé dans les liquides étudiés, dépendent de l’amplitude et de la polarité de la tension, de l’épaisseur du solide et de la nature des huiles. Lf augmente quasi-linéairement avec la tension appliquée et diminue lorsque l’épaisseur du solide augmente. Pour une tension et une épaisseur données, les décharges qui se développent sur l’interface carton/huile végétale sont plus longues que celles sur l’interface carton/huile minérale. Par ailleurs, Lf est plus élevé en polarité positive qu’en polarité négative, ce qui indique que la polarité la plus contraignante est la polarité positive. Ila été également mis en évidence l’existence d’une décharge secondaire de signe opposé à celui de la tension appliquée, résultat de l’accumulation de charges d’espace à la surface de l’isolant solide. Enfin, la dimension fractale D des décharges diminue lorsque l’épaisseur du solide augmente. Plus l’épaisseur du solide est grande, plus le degré de ramification des décharges est moins important. Pour une tension et une épaisseur données, D est généralement plus élevée dans l’huile minérale que dans l’huile végétale. / This work is aimed at the comparative study of vegetable oils (natural esters) issued from different seeds, synthetic ester oil and mineral oils, based on the characteristics of generation and propagation of streamers, breakdown voltages and creeping discharges propagating over solid insulator (pressboard) immersed in these oils. It has been shown that, in a point – plane electrode geometry, the DC threshold voltage Us is higher when the point is positive than when it’s negative; Us is higher in vegetable oils than in mineral oils for both polarities of voltage. Under lightning impulse voltage, the streamers are filamentary in all different tested oils whatever the polarity of voltage. The final (or stopping) length Lf of streamers are about ten times higher when the point is positive than when it’s negative. The voltage required to reach the same Lf is higher with a negative point than with a positive point.Thus the positive polarity is unfavourable for the industrial applications. In addition, Lf is longer in vegetable oils than in some mineral oils. The breakdown voltage of insulating oils, measured according to IEC 60156 standard specifications generally follows a normal distribution. The probability of breakdown can hence be determined according to the normal distribution with a large amount of samples (n>30). So, vegetable oils and synthetic ester have breakdown voltages (U1%, U10% and U50%) higher than mineral oils under AC; and the mean breakdown voltage is also higher in esters oils than in minerals oils under lightning impulse voltage. The morphology, final length Lf and current of discharges propagating over a solid insulator (pressboard) immersed in the liquid tested, depend on the amplitude and polarity of the voltage, the thickness of insulator as well as the nature of insulating oils. It has been shown that Lf increases quasi-linearly with the applied voltage and decreases when the thickness of insulator increases. For a given applied voltage and thickness of insulator, Lf is higher with a pressboard/vegetable oil interface than with a pressboard/mineral oil interface.In addition, Lf is also longer when the point is positive than when it’s negative. The recorded currents revealed the existence of a secondary discharge of opposite sign to that of the applied voltage. This phenomenon is due to the accumulation of charges at the surface of insulator.Finally, the fractal dimension D of creeping discharges decreases when the thickness of insulator increases. For a given applied voltage and thickness of solid, D is generally higher in mineral oils than in vegetable oils.

The barn swallow (Hirundo rustica) is represented by six subspecies and has two well-studied ornamental traits, tail length and ventral plumage colour, which vary geographically among subspecies. Sexual selection on these traits has been suggested to drive speciation. The European subspecies rustica has pale ventral feathers and long tail streamers, and females prefer males with longer tail streamers. The North American erythrogaster has shorter tails and red ventral plumage and their females use redness of ventral plumage as a mate choice cue. In the Middle East, the subspecies transitiva bears long tail streamers and red ventral feathers, both of which have been suggested to show male attractiveness. The Asian subspecies gutturalis has a pale belly with short but dimorphic tails. Studies in Japanese populations have suggested that the white spot on the tail feathers and throat patch are sexually selected in males, but this explanation leaves the dimorphism of tail streamers unexplained. To further investigate the sexually selected traits of gutturalis, especially the role tail streamers might play, I studied a population of the barn swallow gutturalis in China between 2013 and 2015, and conducted a partial cross-fostering experiment in 2015. My data indicate that male tail streamers are sexually selected in the gutturalis population in China. Longer-tailed males (with deeper fork tails) were cuckolded less frequently and had a higher reproductive success, they also had mates that invested more in parental care and had a higher total peak body mass of offspring. Both male and female body condition (body mass and tarsus length) influenced offspring growth. Males with larger body mass initiated breeding earlier and their offspring had a larger body mass on day seven after hatching and grew faster as determined by a cross-fostering experiment. Larger females reared offspring that grew faster and reached a higher peak body mass both in original nests and nests with cross-fostered nestlings. Based on feeding rate observations and the cross-fostering experiment, it seems that females obtain indirect benefits rather than direct benefits from mating with more attractive males.

Ce travail porte sur l'étude de la morphologie et de la longueur finale Lf des décharges se propageant sur divers types de diélectriques solides (PTFE avec différentes charges, résine Epoxy et verre) en présence des gaz SF6, N2 et CO2 ainsi que des mélanges SF6 - N2 et SF6 - CO2, sous tension de foudre (1,2/50 µs), en géométrie pointe - plan. Les matériaux considérés ont été choisis pour leur grande utilisation dans les applications haute et moyenne tensions (disjoncteurs en particulier). Les caractéristiques de la décharge sont analysées en fonction de l'amplitude et de la polarité de la tension, de la nature et de l'épaisseur de l'isolant solide, du type et de la pression du gaz (ou mélange) ainsi que de la concentration des gaz constituant le mélange.<br /><br />Il ressort des résultats obtenus que l'aspect morphologique des décharges varie selon les constituants de l'interface gaz/solide, l'amplitude et la polarité de la tension ainsi que la pression du gaz. En présence d'un gaz ou mélange donné, Lf augmente quasi-linéairement avec la tension et décroît lorsque la pression, l'épaisseur du solide diélectrique et/ou le taux de SF6 dans le mélange augmentent. Aussi, pour une tension et une pression données, Lf est plus élevé en polarité positive alors que la tension d'apparition des décharges est plus élevée en polarité négative. Les résultats obtenus avec l'azote et le mélange SF6 - N2 sont très aléatoires. Le calcul du champ par éléments finis (Flux 2D/3D) montre que le renforcement du champ au voisinage de la pointe est d'autant plus important que la différence entre la constante diélectrique du matériau solide et celle du gaz est grande. Les enregistrements de courants associés aux décharges ont révélé l'existence d'une décharge secondaire de signe opposé à la tension appliquée. Ce phénomène est dû à l'accumulation de charges sur la surface de l'isolant solide ; certains matériaux accumulent moins de charges surfaciques et la longueur finale des décharges qui s'y développent est plus courte. Une relation entre le type de gaz (mélange) et sa pression, la nature du diélectrique solide et son épaisseur, et la dimension fractale D des décharges a été établie. D diminue lorsque l'épaisseur e du solide et/ou la pression du gaz augmente et/ou la permittivité diélectrique du solide diminue.

Ce travail porte sur la caractérisation des décharges glissantes se propageant aux interfaces liquide/solide, sous différentes formes de tension (impulsionnelle, continue et alternative) en géométrie pointe-plan. Il est montré que la nature et l'épaisseur du solide isolant, la forme de la tension, la polarité des électrodes ainsi que la pression, jouent un rôle important dans la génération, la propagation et la forme générale des décharges glissantes. La longueur finale des décharges Lf augmente linéairement avec la tension appliquée; Lf diminue lorsque l'épaisseur augmente. Pour un même niveau de tension, Lf est nettement plus élevé en alternatif qu'en impulsionnel ou en continue, et par conséquent les tensions de contournement sont plus faibles. Pour une tension donnée, Lf augmente avec la permittivité de l'isolant solide. Les décharges générées sous tension alternative et sous tension continue, se distinguent par un aspect non-radial, contrairement à celles observées sous tension impulsionnelle. Les courants associés aux décharges glissantes sont globalement similaires à ceux observés dans le volume du liquide. Il a été également mis en évidence l'existence d'une décharge secondaire de signe opposé à la tension appliquée, résultat de l'accumulation de charges d'espace à la surface de l'isolant solide. Sous tension continue, les tensions de génération des décharges dépendent fortement de la nature du solide isolant; elles sont généralement beaucoup plus élevées que celles enregistrées sous tension impulsionnelle et alternative. Avec certains matériaux solides, comme le verre, le Polycarbonate, Polyéthylène et le Polypropylène, nous n'avons pu observer de décharges glissantes. Un modèle de calcul de la charge totale associée à la décharge a été établi. Une relation entre la nature du matériau solide et son épaisseur, et la dimension fractale D des décharges se propageant sur sa surface a été proposée. D augmente lorsque l'épaisseur du solide diminue et/ou sa permittivité diélectrique augmente indiquant ainsi l'implication des phénomènes capacitifs sur le mode de propagation des décharges glissantes.