Brevet FR2072063A1 — publié le 19710924

L'invention concerne un procédé de transfert d'énergie à un fluide hétérogène à l'aide d'un jet de plasma à convection de fluide. On sait qu'un arc électrique du type"hiérarc"est une décharge électrique entre une cathode et une anode avec une intensite telle que la matière de la phase de l'anode se trouve vaporisée t transformée en un jet de plasma projeté rapidement dans l'espace et évitant la cathode. Gn appelle parfois cet arc hiérarc à anode consommable. On connaît déjà des procédés et des dispositifs destinés à transférer de ,'énergie à des fluides en exposant ceux-ci à l'énergie d'un arc du type hiérarc. Par exemple, le brevet des Etats Unis 'me'rique NO 7 209-194 décrit un nouveau procédé d'exposition de fluide à l'énergie d'un arc, selon lequel on fait passer le fluide de manière continue à travers une anode poreuse de manière qu'il pénètre dans la décharge par l'intermédiaire -de la surface active de l'anode, c'est-à-dire à l'endroit où la surface agit comme zone terminale de l'arc.Ce brevet décrit aussi les résultats précieux et originaux-qu'on obtient lorsque des paramètres satisfont à certains critères de fonctionnement dtun tel dispositif. Par exemple, les critères de qualité nécessaires pour obtenir les résultats voulus sont les suivants. 1) Le diamètre moyen des pores de la surface de l'anode est inférieur à l'épaisseur de l'espace de décroissance de 'anode qui s'éta blit normalement en l'absence d'un débit de fluide au voisinage de la zone -active, c' est-à-dire à l'épaisseur de l'espace de dé croissance d'un arc classique fonctionnant à débit nul. 2) Le fluide s'écoule sous pression à travers les passages de l'électrode poreuse de façon à sortir directement de la surface de l'électrode dans l'espace de décroissance au-dessus de la zone qui coincide en entier avec la surface terminale,de 1.' arc sur la surface poreuse, et de préférence nulle part ailleurs. 3) La répartition superficielle des orifices par lesquels le fluide sort de l'électrode dans l'espace de décroissance est suffisam ment uniforme pour que lescourantsséparésde fluide provenant de chaque orifice diffusent latéraiement et se fondent les uns dans les autres en un seul courant homogène, comme s'il s'agissait d'une vapeur sortant d'une surface solide, et de plus, la distance moyenne entre les orifices de la surface active est sufflsamment petite pour qu'il existe une homogénéité pratiquement complète du courant avant que le fluide ne pénètre d'une distance appré ciable dans l'espace de décroissance. 4) Pour un courant électrique, une dimension de l'espace de 1' arc et une pression ambiante donnés, on règle le débit de transpiration de fluide à travers l'anode poreuse de manière qu'il soit supé rieur à la valeur nécessaire pour assurer une transition au mode de fonctionnement en arc du type hiérarc. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 214 623 décrit un perfectionnement au brevet précédent dans lequel l'arc a une géométrie essentiellement conique. La disposition géométrique relative de la cathode, de l'anode poreuse et des supports isolants est telle que la colonne de conductlon a la forme d'une enveloppe conique symé- trique axialement. On appelle "arc à transpiration de fluide" (FTA) la technique d'injection de fluide à travers une anode poreuse, et cette technique constitue un second exemple d'utilisation d'un arc du type hiérarc pour le transfert d'énergie à diverses matières. Plusieurs caractéristiques intéressantes distinguent les dispositifs à arc à transpiration de fluide des autres types de gé- aérateurs de plasma et mettent en évidence l'utilité potentielle de cette technique qui s'ajoute à la liste des dispositifs à température élevée. Une des propriétés les plus frappantes de la technique à transpiration de fluide est l'efficacité du transfert d'énergie (rapport de l'enthalpie du jet fourni à l'énergie absorbée). Ceci élimine en grande partie la nécessité d'un rétrécissement thermique de la colonne de l'arc, qui est le dispositif de base utilisé pour stabiliser la colonne lorsque le débit de fluide varie, l'arc étanistabilisé par une paroi. Dans ce dernier dispositif, une proportion importante (par exemple 30 à 60 %) de l'énergie absorbée se trouve perdue de façon inévitable par transfert de chaleur au circuit de refroidissement du canal de rétrécissement. Dans le cas de l'arc à transpiration de fluide, lorsque le fluide sortant de l'anode poreuse pénètre dans le revêtement de l'anode, il se crée une surabondance d'ions qui ont pour fonction de stabiliser l'arc, indépendamment du débit.Aussi, la nécessité d'utiliser un canal de rétrécissement refroidi par eau, qui est une cause principale d'absorption d'énergie, se trouve éliminée. Un facteur supplémentaire concerne la régénération de la chaleur transférée au corps de l'anode dont une partie passe dans le gaz entrant lorsqu'il transpire à travers l'anode et retourne dans le courant de l'arc. Cette disposition réduit la perte d'énergie2sorption par le circuit de refroidissement et la structure de support de l'anode, ce qui augmente encore l'efficacité. Le résultat est un générateur de plasma qui, même pour des petits ensembles de laboratoire, fonctionne avec des efficacités de l'ordre de 80 à 95 %. Une autre conséquence de l'élimination du rétrécissement de la colonne est la combustion pratiquement libre de l'arc à transpiration de fluide. La seule contrainte existant dans ce dispositif concerne la nécessité pour le fluide de travail de pénétrer dans le revêtement de l'anode lorsqu'il sort de celle-cl. Comme le revêtement est une fine couche contiguë à la surface de l'anode, la colonne formée par le courant,après avoir quitté le revêtement,est totalement libérée. Ceci est intéressant pour les applications dans lesquelles un accès total à la colonne est un avantage pratique important. Il est aussi intéressant de noter le caractère pratiquement unidimensionnel du plasma fourni sur une distance notable le long de la colonne.Etant donné ia forme et la disposition du revêtement d'anode (disque fin et plat) à travers lequel passe le fluide, les propriétés du plasma de la colonne sont relativement invariantes en direction radiale. De plus, l'invariance radiale existe encore à plusieurs diamètres de colonne en aval, ce qui aonne un volume appréciable caractérisé par une variation seulement axiale des paramètres du plasma. Cela signifie quton peut traiter une petite augmentation axiale de la colonne comme un fluide uniforme, ce qui simplifie dans une grande mesure l'interprétation théorique des données de diagnostic. Une des caractéristiques les plus irtéressantes de l'arc à transpiration de fluide est la conductivité électrique anormalement élevée du plasma fourni, surtout dans la région voisine de l'anode. Dans cette région, on observe une zone macroscopique de plasma caractérisé par un déséquilibre élevé. En particulier, la température électronique est bien supérieure à la température gazeuse dans la plus grande partie de cette région. On a déjà observé cette caractéristique pour des-décharges à faible pression (inférieure à 0,1 bar), mais jamais jusqu'à présent à la pression atmosphérique. La température électronique élevée est en elle-même insuffisante pour expliquer la conductivité électrique mesurée (modèle à deux températures). Les mesures spectroscopiques montrent une ionisation bien supérieure à celle qu'on peut tirer de l'équation de Saha. La densité élevée en électrons libres dans un plasma relativement dense suggère une augmentation des radiations du fond continu et peut servir de source efficace de radiations. On a déjà essayé d'injecter un fluide de travail à l'intérieur d'une colonne d'arc en des points autres qu'au niveau de l'anode. On a rencontré de nombreuses difficultés. Par exemple, on a envoyé sous pression un gaz injecté s'écoulant axialement, concentriquement et parallèlement à la colonne de conduction dans une colonne rétrécie comportant un arc classique stabilisé par une paroi, avec un canal de rétrécissement refroidi par eau et en plusieurs segments, suffisamment long pour assurer l'établissement d'une colonne entièrement développée. Comme la colonne dans ce dispositif subit un rétrécissement thermique notable, il paraîtrait que le gaz ayant suivi une convection devrait être repoussé à travers la fron tière de la colonne dans la zone primaire de dissipation d'énergie. On constate cependant que, même dans la région entièrement développée, au-delà de laquelle les répartitions radiales des paramètres du courant restent constantes, la partie de beaucoup la plus importante de gaz du courant/traverse la fine pellicule de gaz non conducteur froid, voisine de la paroi du canal. En fait, seulement 10 % environ du débit massique pénètrent dans l'âme chaude. Dans la couche de la paroi, Te fait cue le gaz froid a une densité élevée et une viscosité fai très fine ble, en plus du fait que meme une pellicule/peut avoir une section notable au voisinage de la paroi compense la vitesse faible de la ,ce Dhénomène couche de gaz froid,et/concerne la presque totalite du courant de convection.Il faut noter que la température radiale dans la partie entièrement développée de la colonne reste supérieure à 10 000 K sur 80 % du diamètre du canal, de sorte que le plasma remplit très bien le canal. En conclusion, la plus grande partie du fluide de travail ne pénètre pas dans la colonne et n'est pas, en conséquence, directement exposée à la zone de dissipation maximale d'énergie. On relève le même effet avec d'autres configurations d'écoulement. Par exemple, si on projette un courant de gaz perpendiculairement à la colonne d'un arc à combustion libre, l'arc est soufflé pour des débits très faibles. Cependant, on peut stabiliser la colonne avec un champ magnétique d'intensité convenable, orienté perpendiculairement à la colonne et au courant de gaz, de manière à compenser exactement la force de convection. Même lorsqu'on établit l'équilibre à des débits très élevés, les gaz ne pénètrent pas dans la colonne, mais dévient autour d'elle, la colonne se comportant comme un cylindre solide. Un examen des dispositifs existants à jet d'arc révèle que dans presque tous les cas, la plus grande partie du fluide de travail n'est pas soumise à l'action de la zone de transfert direct d'énergie.La seule exception déjà connue concerne les arcs à transpiration de fluide dans lesquels le fluide de travail reçoit d'abord de l'énergie du revêtement de l'anode, puis imprègne complètement la colonne au voisinage de 11 anode. Cependant, même avec ce dispositif, lorsqu'on l'utilise avec une cathode classique à bout conique, le jet naturel à la cathode heurte le gaz de transpiration en un point qui se trouve entre les électrodes. Aussi, le gaz injecté imprègne seulement la colonne positive, c'est-à- dire la partie de la colonne de conduction comprise entre l'anode et le point de rencontre des deux jets. La colonne négative (comprise entre le bout de la cathode et le point de rencontre) contient une certaine quantité de gaz ambiant qui ne peut pas être le même que le gaz injecté. L'invention concerne un procédé destiné à fournir des quantités importantes d'un fluide de travailnongazeux dans la colonne négative partant du bout de la cathode. Plus précisément, l'invention concerne un procédé pour et fournir de l'énergie à un fluide contenant une phase condensée/en tratné à l'aide d'un arc établi entre une anode et une cathode possédant un bout conique, l'arc formant un rétrécissement de la z-one de passage du courant dans la région de transition au voisinage. de la cathode, les tangentes aux points d'inflexion du rétrécissement formant un angle a ; selon ce procédé, on projette vigoureusement un fluide le long du bout conique de la cathode dans le rétrécissement de la zone de passage du courant avec une densité d'écoulement massique, pour un taux de convection sensiblement constant, au moins suffisant pour provoquer une élévation de la température de la colonne de l'arc pour un courant électrique constant, et à un taux de convection total du fluide inférieur, pour une densité d'écoulement massique sensiblement constante, à la valeur qui suffit à réduire l'angle Û à soins de 400 pour un courant électrique constant on ajoute ensuite un produit non gazeux finement dispersé,susceptible de provoquer un accroissement de l'angle a, dans le fluide projeté vigoureusement avec un taux de convection de fluide, pour une densité d'écoulement massique total sensiblement constante, qui est inférieure à la quantité qui suffit à réduire l'angle a agrandi à moins de 400 pour un courant électrique constant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un schéma représentant le rétrécissement d'une colonne d'un arc et les angles a au voisinage de la cathode la figure 2 est une coupe agrandie de la cathode d'fun dispositif destiné à mettre en oeuvre le procédé de l'invention la figure 3 est un diagramme montrant 1'élévation de température au cours de la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; et la figure 4 est un graphique montrant la diminution de l'angle a lorsque le taux de convection augmente, pour un courant et une densité d'écoulement massique constants. On sait depuis longtemps que lorsqu'un arc jaillit entre une anode et une cathode possédant un bout conique, comme représenté sur la figure 1, il se produit un rétrécissement dans la zone de passage du courant dans la région de transition entre la cathode 1 et la colonne proprement dite 2. Ce rétrécissement est repéré sous forme d'une zone de rétrécissement 3. On peut aussi définir ce rétrécissement-par l'angle a délimité par les tangentes aux limites de la colonne aux points d'inflexion 25 du'rétrécissement. Ce dernier provoque l'effet naturel du jet expliqué ci-dessous. Sur-la figure 1, la densité du courant. électrique et, en conséquence, le champ magnétique dû au courant de I'arc, augmente au voisinage de la cathode, en raison du rétrécissement. Ce champ magnétique non-uniforme exerce une force sur le plasma conducteur et le projette dans la direction de la diminution maximale du champ magnétique, c'est-à-dire le long de l'axe de l'arc en l'éloignant du bout de la cathode. Le courant de plasma s'éloignant du bout de la cathode diminue la pression locale au voisinage immédiat du bout et provoque une aspiration du gaz de l'atmosphère environnante par l'arc. Ce mécanisme forme le jet naturel bien connu, observé dans l'écoulement le long de l'axe de la colonne en s'éloignant de la cathode, pour tous les arcs comportant une zone de contraction au voisinage de la cathode. Dans la demande de brevet français déposée ce jour par la Demanderesse et intitulée : "Procédé de transfert électrique mettant en oeuvre un jet de plasma réalisé à l'aide d'une cathode à convection de fluide ", on montre que la zone de rétrécissement 3 fonctionne comme une fenêtre d'injection que peut traverser un fluide, par exemple un gaz, injecté directement dans la colonne 2 avec des débits dépassant ceux qu'on peut faire pénétrer sous pression dans l'arc à travers la frontière de la colonne cylindrique. On peut faire pénétrer dans la colonne des débits de gaz bien supérieurs à ceux qui sont aspirés naturellement, sans affecter la stabilité de l'arc,lorsqu'on chasse sous pression du gaz pour qu'il suive la configuration conique du bout de la cathode. Cependant, l'augmentation du taux de convection du gaz influe sur l'angle a, et si celui-ci descend au-dessous de 40b, on ne peut pas injecter des quantités supplémentaires notables de gaz dans la colonne 2. L'effet de la convection forcée est un accroissement du gradient de tension dans la région de transition et à son voisinage, ce qui augmente le taux volumique de dissipation d'énergie et rend disponible l'éner- gie supplémentaire nécessaire pour chauffer la quantité accrue de gaz introduite dans la colonne.En résumé, l'injection d'un courant important de gaz dans la colonne par la fenêtre d'injection est non seulement possible, mais augmente effectivement l'efficacité du transfert de chaleur de cette partie de l'arc, dans la mesure où le taux de convection ne dépasse pas la valeur qui réduit 11 angle a à moins de 400. Les frontières empêchant le passage du gaz repoussé sous pression le long du bout conique de la cathode sont d'une part la surface de la cathode,et d'autre part une ligne parallèle à la surface de celle-ci et recoupant la colonne de la cathode à la limite externe de la zone de contraction 3. De préférence, on chasse le gaz sous pression de manière à lui faire suivre la configuration conique du bout de la cathode et que la presque totalité pénètre dans la zone de rétrécissement dans la région e convergence maximale. On peut déterminer empiriquement cette région. Dans la demande de brevet précitée, on délimite un "cent" par rapport à la cathode constitué par un segment convergent qui peut titre un cône réel ayant une section circulaire ou un volume de forme pyramidale comprenant un certain nombre de surfaces planes convergentes et dont la section est un polygone comportant un nombre quelconque de côtés. Le terme "angle de ctne" désigne angle au sommet du segment convergent. Bien qu'on ait utilisé de nombreux dispositifs dans lesquels le fluide de travail passe dans un passage concentrique à la cathode, on n'a pas encore noté l'effet décrit dans la demande de brevet précitée et dû aux conditions particulières de l'injection du gaz nécessaire pour produire un effet maximal, Dans ce but, les gaz à injecter doivent être projetés dans une couche à grande vitesse le long de la surface conique de la cathode. En réglant convenablement la vitesse du gaz et angle au sommet de la cathode, on peut faire traverser la frontière de la colonne par le gaz dans la même direction générale que celle du courant de gaz ambiant aspiré en l'absence de convection forcée. L'angle optimal du cene dans ce but parant être compris entre 450 et 600. L'angle de c6ne est décrit comme étant un paramètre important. On peut utiliser des angles variant de 20 à 1350 en partie en fonction de la matière de la cathode, du type du fluide injecté et du but d'utilisation du dispositif. Un angle de 30 à 600 est préférable, et on obtient de bons résultats en utilisant plus précisément des angles de 450 à 600. La vitesse d'injection est un second paramètre important. On peut le faire varier sans modifier le taux d1 écoulement massique total (convection) en faisant varier la surface de l'orifice annulaire et en modifiant la pression d'entrée de gaz, comme cela est nécessaire poutiaintenir un débit constant. On note, par exemple, que lorsque la vitesse d'injection (densité d'écoulement massique) varie, la température de la colonne passe par un maximum qui dépasse de deux à trois fois la température maximale qu'on obtient lorsque la vitesse est plusieurs fois supérieure ou inférieure à sa valeur optimale.Il faut aussi noter que la création d'une couche de gaz à grande vitesse s'écoulant à la surface de la cathode régénère de façon efficace une partie de la chaleur perdue par conduction thermique à partir du bout de la cathode. Un troisième paramètre important est le débit massique total du fluide injecté. Lorsque celui-ci varie pour un courant électrique et une densité de courant massique constants, il se produit une modification de la forme de la zone de rétrécissement 3. Lors que le taux de convection ou le débit massique total du fluide injecté croit depuis zéro, on n2 observe qu' une modification faible ou nulle de la forme de la zone 3 et le fluide injecté pratiquement en totalité pénètre dans la colonne par la fenêtre d'injection. Cependant, lorsque le débit massique total du fluide injecté augmente ,i'usqu'a encore,la zone de rétrécissement commence à sXallonger/un point qui dépend du milieu, en diminuant le taux de rétrécissement du diamètre de la colonne.On peut appeler ce taux de rétrécissement l'angle de la fenêtre, et on l2a représenté sur la figure 1 sous la forme de l'angle a. Lorsque angle a est suffisamment faible, c'est-à-dire lorsqu'il est égal ou inférieur à 400, la partie principale du courant de fluide ne pénètre pas dans la colonne. On appelle "arc à cathode à convection forcée"(FCC) la technique ci-dessus destinéeàl'injection de fluide de travail dans la zone de rétrécissement de la colonne. On obtient une excellente stabilité de fonctionnement sans contrainte thermique dissipant de énergie, ce qui assure . une efficacité excellente tout en permettant un accès très large à la zone primaire de transfert d'énergie. Utilisée avec une technique mettant en oeuvre un arc à transpiration de fluide, cette technique permet de faire pénétrer un fluide de travail de façon notable dans toutes les parties de la colonne de conduction, de lsanode à à la cathode, et dtabsorber de l'énergie indisponible autrement dans les zones de transition dXelectrodes, ainsi que de régénérer une partie de la chaleur normalement perdue vers les électrodes. On peut réaliser de façon pratique de nombreuses réactions physiques et chimiques en utilisant la technique par convection forcée. Par exemple, on peut - introduire un gaz tel que de l'azote, de argon ou de lfhydrogène, dans la fenêtre dXinjec- tion et le projeter avec beaucoup d'énergie, de manière qu'il vienne au contact de l'anode. On peut utiliser le jet de plasma obtenu pour chauffer d'autres matières,par exemple pour effectuer des 66Doupes ou des soudures. On peut introduire un gaz réactif, par exemple de 11 azote ou de lthydrogène comme ci-dessus,dans la fenêtre d'injection de manière à former un jet de plasma à haute énergie pro prcaeté dans le jet de vapeur du plasma provenant de l'anode, avec un arc du type hiérarc à anode consommable. Si l'anode est en carbone et si on introduit de l'hydrogène dans l'arc à convection forcée, le mélange des deux jets est favorable à la production d'hydrocar- bures.De plus, si anode contient un métal ou un métalloide, et si on injecte de l'hydrogène ou de 11 azote dans l'arc à convection forcée, les gaz projetés s'unissent dans le plasma de l'arc du type hiérarc pour former le nitrure ou l1hydrure correspondant du métal de l'anode. De plus, lorsqu'on utilise en combinaison les deux techniques à convection forcée et à transpiration de fluide, on peut introduire des gaz différents dans la fenêtre d'injection de la cathode et dans ltespace de décroissance de l'anode, respectivement, pour réaliser des opérations telles que la synthèse et la réformation des composés organiques et minéraux, r exemple d'ammoniac. On peut aussi utiliser le dispositif dans d'autres domaines, comme dans le cas de la technique mettant en oeuvre un arc à transpiration de fluide. On constate aussi qu'en plus dtun courant homogène d'un ou de plusieurs gaz, il est possible d'injecteur un courant hétérogène comprenant un gaz porteur entratnant des gouttelettes de liquide ou des particules de solides,et.que les particules de solide ou de liquide peuvent passer par la fenêtre d'injection avec les gaz porteurs pour se mélanger intimement dans la colonne et y être exposés à ltatmosphère à haute température plus efficacement et avec des débits de matière supérieurs à ceux permis par les dispositifs de la technique antérieure fonctionnant avec des énergies équivalentes.Un certain nombre d'applications très utiles découle de ces possibilités.Par exemple, on peut faire passer dans arc avec un gaz inerte, par exemple de ltargon, pratiquement toute matière en poudre, notamment des métaux, des oxydes, etc. avec un débit tel que la matière fonde, mais ne se vaporise pas de façon appréciable au cours de son passage dans la colonne et dans le jet fourni. A la condensation, après la sortie du jet, les matières se solidifient sous forme sphérique, ce qui constitue une forme utile à la métallurgie des poudres et à d'autres applications. Lorsqu'on laisse les gouttelettes fondues heurter un substrat, on peut obtenir le procédé classique de pulvérisation à la flamme avec des débits de mise en place des matières et des rev & ements de qualité bien supérieurs à ce qui est possible par d'autres procédés. De même, en réduisant les débits de matières par rapport à L'énergie, on peut vaporiser les particules entratnées au cours de leur passage dans la zone de l'arc. Lorsqu'elles sortent du jet, les vapeurs se condensent en particules extrêmement fines, de dimension inférieure -au micron, ce qui constitue un procédé efficace de réduction des matières en poudre relativement grossière. On constate aussi que lorsquton fait fonctionner un dispositif à convection forcée en régime continu de a manière décritet une augmentation du taux de convection de matières hétérogènes, le débit de matières gazeuses introduites étant maintenu à un taux de convection constant, provoque un agrandissement de l'angle a de la fenêtre. Comme le montre la figure 1, une fois atteint l'équilibre en régime stationnaire pour un taux de convection,avec un courant électrique constant et une densité d'écoulement massique optimale, l'angle de la fenêtre est l'angle a. L'introduction dans le fluide injecté d'une matière non gazeuse finement divisée provoque un agrandissement de l'angle qui devient a2. Cet effet est dt à l'élargissement observé de la colonne, qui se produit chaque fois que le courant de gaz injecté contient des matières quantités notables de/liquides ou solides entraZnees dans le gaz sous forme de particules ou de gouttelettes de petite dimension. On pense que ce phénomène est dQ à la pression de vapeur créée par la vaporisation de particules dans ltâme de la colonne qui provoque une expansion radiale de celle-ci. Cette façon de voir est conforme aux observations qui montrent que, sauf au voisinage immédiat de la cathode, la colonne s'élargit radialement lorsqu'on introduit une matière hétérogène sur toute sa longueur, et que l'élargissement augmente avec la distance de la cathode, ctest-à- dire que la forme de la colonne change et, d'un cylindre, devient un c8ne plus ou moins divergent,comme représenté en trait interrompu sur la figure i. Il est particulièrement intéressant de noter que la surface du point de départ de l'arc sur la cathode ne se déplace pas lorsqu'on introduit une matière hétérogène.Aussi, le taux de variation du diamètre de la colonne diminue dans la zone de contraction et, en conséquence, l'angle de la fenêtre augmente lorsqu'on introduit une matière hétérogène, comme représenté en trait pointillé et par l'angle a2 sur la figure 1. L'élargissement de l'angle de la fenêtre se produit, comme on l'a indiqué, après l'introduction dans le gaz injecté de liquides ou de solides finement divisés qui se vaporisent dans l'ême de la colonne et qui, en conséquence, sont susceptibles d'élargir langle de la fenêtre. Comme la température dans l'angle de la colonne dépasse 10 0000'1(, la plupart des solides particulaires se vaporisent dans une certaine mesure. L' élargissement de angle a dépend de la matière introduite et, en conséquence, l'angle varie dans une certaine mesure.Cet élargissement de angle est 'surprenant, car si on introduit une matière hétérogène, par exemple un gaz porteur et une matière -non gazeuse finement divisée dispersée dans celui ciJavec une cathode à convection forcée, on obtient un état de fonctionnement optimal dans la zone où la vitesse dtalimentation, pour un débit et un courant constants ,est suffisante pour provoquer une élévation de la température de la colonne de l'arc et où le taux de convection total du fluide est inférieur à la valeur qui, pour une densité d'écoulement massique et un courant électrique constants,est suffisante pour réduire l'angle a à une valeur inférieure à 400. Ensuite, l'introduction d'une quantité supplémentaire de produit non gazeux finement divisé dans la matière d'alimentation hétérogène augmente le taux de convection total, agrandit aussi l'angle a et permet ainsi une augmentation du taux de convection partiel de la matière non gazeuse jusqu'à un point où l'angle a2 se trouve réduit à moins de 400. On constate qu'il est difficile d'obtenir une colonne stable si on introduit d'abord un produit hétérogène avec un taux de convection total égal à celui qu'on obtient par le mode opératoire ci-dessus. La figure 2 est une coupe d'une buse 4de cathode,destinée à donner une injection optimale 5 de gaz dans la colonne 2 par l'intermédiaire de la fenêtre d'injection de la zone 3 de rétrécissement à l'extrémité de la cathode 1. Dans ce but, la buse 4 forme un orifice annulaire étroit 6, en amont du bout conique 7 de la cathode, et dirige le gaz 5 qui s'écoule en formant une couche à grande vitesse le long de la surface de la cathode. On peut modifier la vitesse d'injection du fluide en faisant varier la surface de ltorifice annulaire 6. On utilise à cet effet la formule bien connue rÎ V = * dans laquelle " est la densité du fluide au niveau de orifice, v est la vitesse du fluide au niveau de ltorifioe, M est l'écoulement massique total du fluide par l'orifice, et A est la surface de l'orifice. En réglant la position axiale de la buse, optait varier la surface A de orifice. Il est simple de maintenir l'écoulement massique M constant en réglantfta pression d'entrée et en suivant le débit sur un débitmètre. En conséquence, on fait varier la quantité ,) v, qui est en fait le moment par unité de volume du courant gazeux sortant de l'orifice et qui est égal à la densité de l'écoulement massique au niveau de L'orifice de la buse. Ceci constitue en réalité le paramètre fondamental commandant l'effet qu'on a décrit.Cependant, on constate que dans la plupart des conditions de fonctionnement du dispositif? en particulier celles des exper-len ces, les modifications de la pression en amont nécessaires pour maintenir M constant sont très faibles de sorte qu'il se produit une très légère variation de la densité rO au cours de l'expérience. La densité de l'écoulement massique est, en conséquence, une très bonne indication de la vitesse du gaz au niveau de l'orifice de la buse, et étant donné sa proximité immédiate, de la vitesse de pénétration du gaz dans la fenêtre d'injection. Cependant, comme les quantités mesurées sont M et A, il faut déterminer M m À et présenter les résultats de chaque essai sous forme d2une courbe donnant m en fonction de l'intensité du signal de sortie d2un monochromateur donnant uniindication de la température. La figure 3 donne les résultats. Les deux courbes montrent clairement un maximum montrant l2existence d'une vitesse optimale d'injection. Les données particulières utilisées pour ces essais sont les suivantes Essai 1 Essai 2 Gaz Argon Azote Courant de ltarc 100 A 100 A Tension de l'arc 44 V 118 V Espace de ltarc 2 cm 3 cm Débit massique total 4,5 g/mn 13 g/mn Intensité du champ magnétique 2400 gauss 2400 gauss Pour déterminer l'angle a, on fait varier le débit massique total ou le taux de convection M pour un courant électrique et une densité d'écoulement massique constants. On observe visuellement la configuration de la colonne 2 dans la zone 3 lors de la variation du courant massique M. Lorsque M augmente de O jusqu'à une valeur constante m, on observe une variation faible ou nulle de la forme de la zone 3 et pratiquement la totalité du fluide injecté pénètre dans la colonne par la fenêtre d'injection. Si on augmente encore M, au point où la zone 3 commence à s'allonger, le taux de variation du rétrécissement du diamètre de la colonne diminue. Ce taux de rétrécissement est mesuré par l'angle de la fenêtre représenté sur la figure 1 et désigné par "a". En résumé, on constate que lorsque M augmente, a diminue et que lorsque a diminue, l'efficacité de la fenêtre pour l'admission de fluide subissant une convection dans la colonne se trouve réduite. Lorsque a est suffisamment petit, c'est-à-dire de l'ordre de 400 ou moins, la partie essentielle du courant ne pénètre pas dans la colonne et la valeur du dispositif en tant que dispositif de transfert de chaleur devient tout à fait limitée. La figure 4 représente un exemple de l'effet de M sur a avec une cathode ayant un angle au sommet de 300 et de l'argon comme fluide injecté. Sur- cette figure, les deux courbes tracées pour 50 et 100 ampères représentent les variations de a avec M. Des résultats montrent que le débit maximal d'argon fourni auquel on peut donner de énergie par injection dans la colonne de la manière décrite, avec une cathode d'angle au sommet égal à 300 fonctionnant avec un courant de 50 ampères, est d'environ 30 g d'argon par minute. On obtient cette valeur à partir de la courbe correspondant à 50 ampères de la figure 8 pour un angle minimal a = 400. La va 2 leur de m est de 4,5 g/s.cm De façon analogue, pour un courant de 100 ampères, la même valeur de a donne une valeur maximale M atteignant 36 g par minute.La valeur de m est de 4,5 g/slcm. Cet effet est relativement indépendant de m qui est la densité du courant massique relative à l'orifice 6 de la buse. On l'obtient à partir du rapport M/A, où A est la surface de l'orifice, quikst à peu près proportionnel à la vitesse du gaz injecté. Le tableau ci-après montre l'effet de m sur a pour un courant fixe de 150 ampères et'un écoulement massique total fixe M de 12 g par minute, le gaz étant de l'argon. m (/s.cm2) a (degrés) 2,5 830 5,0 860 20,0 850 Aux erreurs expérimentales près, la valeur de a peut être considérée comme constante alors que m augmente d'un facteur voisin de 10. Ainsi, lorsqu'on maintient M au-dessous de la valeur maximale correspondant à l'injection efficace, il est possible de régler m à sa valeur optimale pour un transfert d'énergie maximal au gaz sans modification de a, c'est-à-dire sans modification de la pénétration du débit d'alimentation dans la colonne de l'arc. Pour tirer avantage de effet de l'élargissement de l'angle a lors de l'introduction d'une matière non gazeuse susceptible d'élargir l'angle a et la colonne, on fait démarrer de préférence l'arc avec seulement du gaz (alimentation homogène). Ensuite, lorsque les conditions sont optimales (l'orifice de la buse est réglé pour une température maximale de la colonne-, M étant bien au-dessous de la valeur nécessaire pour que a soit supérieur à 400) le gaz entraine la matière solide ou liquide (alimentation hétérogène) au début avec une petite quantité de solides (par exemple 1 ou 2 g par minute) puis avec une fraction croissante jusqu'à ce que le dd- bit massique de solides soit comparable à celui du gaz porteur (par exemple 10 à 30 g par minute). A ce moment, l'élargissement de angle permet l'augmentation du courant massique total (solides entraînés plus gaz porteur) sans perte notable de pénétration dans la colonne. La quantité dont on peut augmenter efficacement l'alimentation en matière dans la colonne -de l'arc dépend de nombreux facteurs, notamment du courant électrique, du rapport du gaz porteur à la matière entraînée et de la nature du gaz porteur et des particules solides ou liquides. Avec des matières solides non réfractaires et la plupart des liquides, on peut obtenir un taux de convection partiel doublé ou supérieur (matière non gazeuse). Avec des matières solides plus réfractaires que les matières cidessus, on peut obtenir une amélioration du taux de convection partiel (matière non gazeuse) de 25 à 50 %. Pour chaque combinaison d'un gaz porteur et d'un composant en phase condensée, il faut déterminer expérimentalement la limite supérieure de M pour un courant donné. Une fois ceci effectué correctement et après le processus de démarrage, les possibilités du dispositif pour le chauffage d'alimentation hétérogène à la température du plasma se trouvent notablement accrues. Dans d'autres applications chimiques, on peut utiliser un gaz réactif, par exemple de l'hydrogène, comme gaz porteur pour entratner du charbon en poudre de manière à fabriquer un mélange d'hydrogène actif et de vapeur de carbone, à partir duquel on peut condenser de l'acétylène ou d'autres hydrocarbures. Dans une variante, on peut entratner des gouttelettes d'hydrocarbures liquides dans l'hydrogène pour effectuer une réformation dthydrocar- bures. De façon analogue, on peut entraîner des métaux ou des métallordes en poudres, dans de lrhydrogène ou dans de l'azote, de manière à fabriquer des hydrures ou des nitrures.On peut aussi introduire des oxydes métalliques avec de l'hydrogène pour labri* quer des métaux ou avec de l'ammoniac pour fabriquer des nitrures. Beaucoup d'autres applications analogues de traitement chimique sont possibles avec une efficacité et des rendements bien supérieurs, lorsqu'on met en oeuvre le procédé de l'invention,à ceux qu'on obtient en mettant en oeuvre les autres procédés de traitement. Lorsqu'on introduit un solide particulaire par un orifice annulaire, on constate qu'il ne se produit pas de difficultés d'écoulement tant que la dimension des particules est inférieure à la largeur de l'ori- fice annulaire, et de préférence au 1/3 ou au 1/4 de la largeur de l'orifice annulaire. La figure 2 représente le principe du fonctionnement du courant gazeux à la cathode et montre une cathode conique 1 sur laquelle s'écoule du gaz 5 qui va au-delà du bout 7. Grâce à cette construction, on constate qu'une partie de l'énergie calorifique provenant du corps de la cathode 1 se transmet au courant gazeux 5 lorsque celui-ci serre mécaniquement la cathode conique 1 sous l'action de la buse annulaire 6. L'exemple suivant illustre la mise en oeuvre de l'invention, sans aucunement constituer un exemple limitatif. EXEMPLE La figure 2 représente le dispositif utilisé sans l'anode. il comprend une tige de tungstène-de 9,5 mm de diamètre et possédant un bout conique faisant un angle au sommet de 600 comme cathode. Autour de la cathode se trouve une buse enveloppante 4 comportant une partie conique dont la surface interne fait aussi un angle de 600 de façon à pouvoir coopérer avec la surface conique de la cathode. La partie conique de la buse est tronquée et se termine à plusieurs millimètres en arrière du bout 7, formant ainsi un orifice annulaire 6 autour de la cathode. Le passage annulaire entre la buse et la cathode dirige efficacement le courant de fluide 5 qui pénètre sous forme d'une couche convergente conique s'écoulant le long de la surface de la cathode et heurtant finalement la colonne 2,principalement dans la fenêtre d'injection de la zone de rétrécissement 3. Pour une surface d'orifice donnée, on peut régler le débit massique du gaz en ajustant la pression d'entrée et, dans l'expé- rience décrite, on fait varier le débit d'argon d'une valeur aussi faible que 2 g par minute à une valeur supérieure à 50 g par minute. La buse elle-m8me est en une matière céramique en nitrure de bore, mais, étant donné sa proximité de l'arc, on constate au cours d'autres essais qu'il est commode de réaliser la buse en un métal tel que le laiton et de la munir d'un circuit séparé de refroidissement par eau pour emp8cher la surchauffe. Cependant, dans ce cas, il faut prendre soin d'isoler électriquement la buse de la cathode pour éviter la formation d'arcs secondaires indésirables. La surface de orifice de la buse peut varier par déplacement de la buse par rapport à la cathode en direction axiale. Cette variation est possible, grâce au montage de la buse elle-même sur une vis micrométrique. La rotation de la buse dans une direction provoque son déplacement horizontal par rapport à la cathode fixe, en ouvrant ou en fermant l'orifice de la buse. Dans l'exemple décrit, on utilise diverses surfaces d'orifice pour lambuse,allant de 2 1,00 à 4,5 mm ,ce qui correspond à des largeurs d'anneaux de 0,18 à 1,16 mm. L'anode (non représentée) utilisée dans l'appareil dgi'exemple pour faire jaillir l'arc comprend un tube décuivre de 25,4 mm de diamètre et de 3,2 mm d'épaisseur de paroi, fermé à une extrémité par un capuchon arrondi destiné au passage du courant. L'intérieur du tube comporte des passages d'eau et l'anode est refroidie vigoureusement par de liteau pour empêcher l'érosion de la surface au cours du fonctionnement. On peut modifier la position de l'anode par rapport à la cathode, en faisant varier effectivement l'es- pace laissé à l'arc. On constate aussi qu'il est commode pour le démarrage de l'arc de placer un dispositif destiné à modifier l'angle ainsi que la position de la tige de l'anode par rapport à ltaxe de la cathode.Le mode opératoire utilisé pour l'amorçage de l'arc est le suivant. On fait tourner l'anode d'environ 450 et on l'élève de façon que l'extrémité arrondie de l'anode soit dirigée vers le bout de la cathode, et que l'axe de la cathode recoupe la tige de l'anode près de son centre. Simultanément, on amène la tige de l'anode près du bout de la cathode en laissant un espace d'environ 5 mm. Après avoir réglé la surface de l'orifice de la buse à une valeur convenable, habituellement autour de 3 mm2, on introduit un débit modéré de gaz. Lorsqu'il s'agit d'argon, on utilise habituellement un débit de 10 à 15 g par minute. On allume alors l'arc en utilisant à une étincelle temporaire/haute fréquence pour former un chemin conducteur entre les électrodes, l'alimentation principale étant mise sous tension, et une étincelle rapide se produit et assure la transition de l'arc. Ce mode d'allumage d'un arc est bien connu dans la technique. Une fois l'arc allumé, en général avec un courant de démarrage de 50 ampères environ, on augmente l'espace de l'arc à la valeur voulue en retirant l'anode. On la fait tourner vers la position latérale convenable, de préférence normalement-à l'axe de l'arc, et on la retire de façon que le capuchon d'extrémité se trouve juste au-dessous du courant de plasma. Avec cette configuration, le jet quitte la colonne de conduction pratiquement dans la direction axiale. Lorsqu'on utilise des débits élevés, il faut prendre soin de maintenir l'extrémité de l'anode suffisamment près de la colonne pour empêcher le soufflage de l'arc. Le tableau ci-après donne des paramètres de fonctionnement convenables pour le démarrage en vue d'obtenir un fonctionnement 's-'tàù-î:e' de-l'arc. Courant de l'arc 50 à 300 A Tension de l'arc 35 à 165 V Espace de l'arc 1 à 12 cm Débit total d'argon 2 à 50 g/mn Surface de l'orifice de la buse 1,00 à 4,5 mm Lorsque l'arc fonctionne dans des conditions optimales (ltori- fice de la buse étant réglé pour une température maximale de la colonne, M étant nettement inférieur à la valeur nécessaire pour obtenir un angle a de l'ordre de 400) l'argon entrain la matière solide ou liquide (alimentation hétérogène) au début avec une faible quantité de solides (par exemple 1 à 2 g par minute) puis avec une proportion croissante jusqu'à ce que le débit te solides -soit comparable à celui de l'argon (par exemple 10 à 30 g par minute). A ce moment, ltélargissement de l'angle de la fenêtre permet d'augmenter le débit massique total (solides entrainés plus gaz porteur) sans perte notable de la pénétration dans la colonne. L'augmenta- tion effective de l'alimentation en matière dans la colonne dépend de nombreux facteurs, notamment du courant de l'arc, du rapport du gaz porteur à la matière entraînée et de la nature du gaz porteur et des particules solides ou liquides. Lorsqu'on utilise un solide relativement non réfractaire tel que B2O3 dans de l'argon avec un courant de 150 ampères, on double le taux d'injection du gaz porteur avant d'observer des quantités notables de matière d'alimentation rejetée par la colonne. Lorsqu'on utilise des matières plus réfractaires que B203, par exemple Si02, dans les mêmes conditions, l'amélioration est de l'ordre de 30 à 40 56. Pour chaque combinaison d'un courant porteur et d'un élément en phase condensée, il faut déterminer expérimentalement la limite supérieure de M pour un courant donné. Une fois cette opération effectuée convenablement et après le démarrage, le dispositif est capable de chauffer des alimentations hétérogènes à la température du plasma avec un rendement accru de façon notable, Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qutà titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé destiné à fournir de l'énergie à un fluide conte nant une phase condensée entraSnée à l'aide d'un arc établi entre une anode et une cathode possédant un bout conique, l'arc formant un rétrécissement de la zone de passage du courant dans la région de transition au voisinage de la cathode, les tangentes aux points d'inflexion du rétrécissement formant un angle a, caractérisé en ce qu'on projette vigoureusement un fluide le long du bout conique de la cathode dans le rétrécissement avec une densité d'écoulement massique, pour un taux de convection sensiblement constant, qui est au moins suffisantebour provoquer une augmentation de la température de la colonne, le courant étant constant, et un taux de convection total du fluide inférieur à une valeur qui, pour une densité d'écoulement massique sensiblement constante, est suffisant pour réduire l'angle a à moins de 400, le courant électrique étant constant, et on ajoute un produit non gazeux finement disper sé/setsceptible de provoquer un agrandissement de l'angle a au fluide projeté vigoureusement avec un taux de convection total du fluide, pour une densité d'écoulement massique total sensiblement constante, inférieur à la valeur suffisante pour réduirel'angle agrandi a à moins de 400, le courant électrique étant constant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide est un gaz. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide est un gaz réactif 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit non gazeux finement dispersé est un liquide. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit non gazeux finement dispersé est un solide non réfractaire. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit non gazeux finement dispersé est un solide réfractaire.