Modélisation numérique de décharges contrôlées par barrières diélectriques à la pression atmosphérique PDF Download
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Author: Catherine Khamphan
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Languages : fr
Pages : 216
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Book Description
L'objectif de ce travail est de modéliser la formation de poudres dans une décharge contrôlée par barrière diélectrique fonctionnant à la pression atmosphérique en mélange N2-N2O-SiH4. Ces décharges sont notamment utilisées pour l'activation de surface polymères depuis plusieurs années, et l'apparition de poudres est un facteur limitant pour cette application. Les décharges contrôlées par barrière diélectrique sont des décharges impulsionnelles. Elles sont normalement constituées d'une multitude de micro-décharges. Cependant, sous certaines conditions, il est possible d'obtenir une décharge homogène (de Townsend) constituée d'un seul canal de décharge recouvrant uniformément toute la surface des électrodes. Dans un premier temps, nous avons étudié le mécanisme responsable de l'obtention d'une décharge de Townsend dans l'azote, le gaz majoritaire de notre décharge. Le modèle fluide unidimensionnel que nous avons développé a permis de mettre en évidence le rôle primordial de l'émission secondaire d'électrons induite par l'impact des métastables N2(A3S+u) à la cathode.Nous avons ensuite étudié la formation de poudres dans une décharge de Townsend en mélange N2 - N2O - SiH4.. Un schéma réactionnel décrivant la polymérisation d'espèces oxydées du silane contenant jusqu'à dix atomes de Si a été établi. Les réactions chimiques ainsi que les constantes de vitesse appropriées ont été sélectionnées en tenant compte de l'influence de la température et de la pression du gaz. Dans l'hypothèse d'une nucléation homogène (basée sur les neutres), la modélisation numérique a permis d'identifier les espèces à l'origine des poudres.
Author: Catherine Khamphan
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Languages : fr
Pages : 216
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L'objectif de ce travail est de modéliser la formation de poudres dans une décharge contrôlée par barrière diélectrique fonctionnant à la pression atmosphérique en mélange N2-N2O-SiH4. Ces décharges sont notamment utilisées pour l'activation de surface polymères depuis plusieurs années, et l'apparition de poudres est un facteur limitant pour cette application. Les décharges contrôlées par barrière diélectrique sont des décharges impulsionnelles. Elles sont normalement constituées d'une multitude de micro-décharges. Cependant, sous certaines conditions, il est possible d'obtenir une décharge homogène (de Townsend) constituée d'un seul canal de décharge recouvrant uniformément toute la surface des électrodes. Dans un premier temps, nous avons étudié le mécanisme responsable de l'obtention d'une décharge de Townsend dans l'azote, le gaz majoritaire de notre décharge. Le modèle fluide unidimensionnel que nous avons développé a permis de mettre en évidence le rôle primordial de l'émission secondaire d'électrons induite par l'impact des métastables N2(A3S+u) à la cathode.Nous avons ensuite étudié la formation de poudres dans une décharge de Townsend en mélange N2 - N2O - SiH4.. Un schéma réactionnel décrivant la polymérisation d'espèces oxydées du silane contenant jusqu'à dix atomes de Si a été établi. Les réactions chimiques ainsi que les constantes de vitesse appropriées ont été sélectionnées en tenant compte de l'influence de la température et de la pression du gaz. Dans l'hypothèse d'une nucléation homogène (basée sur les neutres), la modélisation numérique a permis d'identifier les espèces à l'origine des poudres.
Author: Mohamed Chérif Bouzidi
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Languages : fr
Pages : 119
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Ce travail s'inscrit dans le cadre du développement d'un procédé de traitement de surface par Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) à pression atmosphérique. Une DBD est une source de plasma hors équilibre thermodynamique caractérisée par la présence d'au moins un diélectrique dans le passage du courant, permettant d'éviter la transition à l'arc. Le régime normal de fonctionnement d'une DBD est filamentaire : les répartitions spatiales et temporelles de l'énergie sont fortement inhomogènes, ce qui n'est pas compatible avec la réalisation d'un traitement de surface. Cependant, il est possible d'obtenir une décharge homogène (similaire à celles obtenues à basse pression) dans certaines conditions (excitation électrique, configuration d'électrodes, ...) mais uniquement à faible puissance. L'objectif de cette étude est d'une part d'améliorer le transfert de puissance dans la décharge et d'autre part de comprendre les mécanismes de transition du régime homogène au régime filamentaire.
Author: Edouard Desjardins
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Languages : fr
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Le présent mémoire est consacré à l'étude spectroscopique de décharges à barrières diélectriques à la pression atmosphérique dans des mélanges Ar/NH3 et Ar/lactate d'éthyle. Nous avons pu extraire, à l'aide d'un modèle collisionnel radiatif, le comportement des espèces actives à l'intérieur de ces décharges dont les électrons et les espèces excités d'argon. Une étude temporelle du développement d'une décharge a permis de déterminer que la température électronique est maximale en début de décharge, qu'ensuite la densité électronique est maximale, résultant en une baisse de la température électronique et finalement que la densité d'atomes métastables est maximale, contribuant ainsi à la majorité de la luminosité de la décharge. De plus, une corrélation entre la température électronique et la densité d'atomes métastables permet d'établir que les processus d'excitation et d'ionisation par étape dominent ce type de décharge. Nous avons ensuite démontré que le rapport entre les raies d'émission de l'argon et du NH n'est pas un bon indicatif de l'évolution de la fonction de distribution en énergie des électrons à l'intérieur de ce type de décharge. Finalement, l'utilisation de ces décharges de type mélange Penning afin de réaliser des dépôts de couches minces biodégradables sur des substrats thermosensibles en vue d'utilisations biomédicales est présenté en annexe sous forme d'articles en collaboration avec l'Université Laval à Québec (Canada) et l'Université Paul Sabbatier à Toulouse (France).
Author: GAMAL.. GOUDA
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Languages : fr
Pages : 150
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A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE, LES DECHARGES ELECTRIQUES CONTROLEES PAR BARRIERE DIELECTRIQUE SONT NORMALEMENT DES DECHARGES FILAMENTAIRES. RECEMMENT, UNE DECHARGE LUMINESCENTE CONSTITUEE D'UN SEUL CANAL DE DECHARGE COUVRANT UNIFORMEMENT TOUTE LA SURFACE DES ELECTRODES A ETE OBTENUE A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE DANS L'HELIUM. CE NOUVEAU REGIME DE DECHARGE EST TRES INTERESSANT POUR LE TRAITEMENT DE SURFACE DES POLYMERES CAR IL EST SUSCEPTIBLE D'INDUIRE DES TRANSFORMATIONS DE SURFACE BEAUCOUP PLUS HOMOGENES ET CONTROLEES QU'UNE DECHARGE FILAMENTAIRE. L'OBJECTIF DE CETTE THESE ETAIT DOUBLE : D'UNE PART DEFINIR LES MECANISMES DE TRANSITION ENTRE LES REGIMES FILAMENTAIRE ET LUMINESCENT DES DECHARGES CONTROLEES PAR BARRIERE DIELECTRIQUE, ET D'AUTRE PART CONTRIBUER A UNE MEILLEURE DETERMINATION DES ESPECES ACTIVES DE LA DECHARGE AGISSANT SUR LA SURFACE. POUR ATTEINDRE CES OBJECTIFS, LE GAZ ET LA SURFACE ONT ETE ETUDIES SIMULTANEMENT. DEUX POLYMERES ONT ETE ENVISAGES, LE POLYPROPYLENE POUR AUGMENTER L'ENERGIE DE SURFACE ET LE POLYETHYLENE TEREPHTALATE POUR AMELIORER L'ADHESION. L'ETUDE A COMMENCE DANS L'HELIUM, OU LES REGIMES FILAMENTAIRE ET LUMINESCENT AINSI QUE LA TRANSITION ENTRE CES DEUX DECHARGES ONT ETE CONSIDERES. ENSUITE, LES CONCLUSIONS ONT ETE ETENDUES A L'AZOTE, CE QUI A PERMIS D'OBTENIR UNE DECHARGE LUMINESCENTE DANS CE GAZ. A PARTIR DE LA MESURE DU COURANT, DES SPECTRES D'EMISSION ET DE PHOTOGRAPHIES A COURT TEMPS DE PAUSE DE LA DECHARGE, IL A ETE MONTRE QUE LE REGIME DEPEND DE LA DENSITE D'ELECTRONS GERMES DANS LE GAZ LORS DE L'AMORCAGE ET QUE LE MECANISME A L'ORIGINE DE L'AUTO-ENTRETIEN DU REGIME LUMINESCENT A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE EST L'EMISSION D'ELECTRONS SECONDAIRES A LA CATHODE. LES DECHARGES CONTROLEES PAR BARRIERE DIELECTRIQUE ETANT IMPULSIONNELLES, L'EFFET MEMOIRE D'UNE DECHARGE A L'AUTRE DEFINI LEURS REGIMES. LA FORME DU CHAMP ELECTRIQUE ET LA DENSITE DE METASTABLES CONTROLENT LA DENSITE D'ELECTRONS GERMES : LE CHAMP PIEGE DES ELECTRONS DANS LE GAZ D'UNE DECHARGE A LA SUIVANTE, ET LES METASTABLES, VIA L'EFFET PENNING, CREENT DES ELECTRONS ENTRE 2 DECHARGES. CETTE ETUDE A AUSSI FAIT RESSORTIR L'IMPORTANCE DE L'ENDROIT DANS L'ESPACE GAZEUX OU SONT CREEES LES ESPECES ACTIVES DE LA DECHARGE. CET EFFET EST EXACERBE A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE DU FAIT QUE LES LIBRES PARCOURS MOYENS SONT DE QUELQUES MICRONS. L'IMPORTANCE DES IONS N + 2 DE FAIBLE ENERGIE POUR LE TRAITEMENT DE LA SURFACE DES POLYMERES A AUSSI ETE MISE EN EVIDENCE A PARTIR DES RESULTATS D'ANALYSE ESCA DE LA SURFACE COUPLEE A LA SPECTROSCOPIE D'EMISSION DU GAZ.
Author: Naomi de Mejanes
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Languages : fr
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Book Description
L'objectif de ce mémoire de maîtrise est de caractériser une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) à la pression atmosphérique dans l'azote en régime homogène. L'objectif est d'une part de mettre en évidence les différents paramètres fondamentaux de ces décharges (température électronique, densité électronique, densité d'espèces excitées et métastables) mais aussi leurs évolutions spatio-temporelles. Dans ce contexte une électrode fractionnée a été réalisée afin de caractériser la décharge le long du flux de gaz et des mesures de spectroscopie d'émission optique résolues spatialement et temporellement ont été utilisées afin d'étudier la physico-chimie de ces décharges. Des variations de tension de claquage et de courant de décharge ont pu être observées entre l'entrée et la sortie du réacteur plasma. Cette variation a pu être reliée à une modification de la population de métastables d'azote N2(A) le long du flux de gaz. De plus, aucune variation significative de la température électronique n'a été relevé. Dans ce travail, des effets d'étalement de la décharge de Townsend ont été mis en évidence grâce à une méthode simple et rapide d'estimation de la surface de décharge. La décharge s'initie d'abord en sortie à cause d'une plus forte population d'espèces énergétiques par rapport à l'entrée. Les mauvaises estimations de surface de décharge conduisent à de mauvaises estimations des valeurs des capacités du circuit équivalent et donc à des paramètres électriques tels que le courant de décharge et la tension appliquée au gaz erronés. Ceci peut donner lieu à de mauvaises interprétations de la physique des DBD. La méthode proposée peut s'appliquer avec ou sans électrode fractionnée ainsi qu'en présence d'espèces réactives appropriées pour le dépôt de couches minces fonctionnelles et multifonctionnelles.
Author: Rémy Maurau
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Languages : fr
Pages : 181
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Book Description
Nous avons étudié un procédé de dépôt par décharge à barrière diélectrique à la pression atmosphérique, pour l’obtention de films organosiliciés contenant des fonctions amine. Nous avons étudié l’effet du régime dans lequel opère la décharge sur la production de certaines espèces, telles que CN et CN2. En couplant ces résultats à l’analyse des films réalisés, nous avons pu mettre en évidence le fait que dans un régime filamentaire, le précurseur est fragmenté de manière plus importante. En particulier, les liaisons Si-CH3 sont détruites. Cependant, la quantité d’azote introduite dans le film, qui dépend pour beaucoup de celle de carbone, est plus importante dans le cas d’une décharge de Townsend, et le taux de fonctions amines est plus important. Le taux d’azote dépend également de la nature du substrat. La quantité d’azote introduite dans les films est en effet supérieure dans le cas d’un dépôt sur verre. Aucune explication n’a cependant été apportée à ce phénomène. Des cratères son également apparu dans les films obtenus sur cuivre en régime filamentaire.
Author: Karim Guemmache
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Languages : fr
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Book Description
Le travail présenté dans le cadre de ce mémoire s'intéresse à l'étude des plasmas à la pression atmosphérique en configuration décharge à barrière diélectrique (DBD), pertinents pour le traitement de surface. Plus spécifiquement, les DBDs à l'étude sont en milieux réactifs pour le dépôt de couches minces (multi)fonctionnelles, soit en présence d'un précurseur organosilicié (HMDSO) et/ou d'un agent oxydant (N2O). L'étude est centrée sur l'analyse de deux propriétés fondamentales du plasma : la température électronique (Te) et la densité des atomes d'hélium dans un état métastable (n_He(23S)). La première est étudiée en ayant recours à des mesures des populations des niveaux n=3 de l'hélium par spectroscopie optique d'émission, alors que la seconde l'est à partir de ces mêmes mesures couplées à des mesures électriques. La particularité de cette étude est la mise au point de nouveaux diagnostics électriques et spectroscopiques pour réaliser des mesures résolues spatialement, c'est-à-dire en fonction du temps de résidence (t_res) du mélange gazeux injecté en continu. Dans les milieux réactifs étudiés, ces nouveaux diagnostics montraient des changements dans les caractéristiques courant-tension entre l'entrée et la sortie de la décharge. Cependant, Te conservait un profil homogène spatialement alors que la n_He(23S) se montrait relativement plus faible en entrée, de par leurs interactions avec les précurseurs et les impuretés présents dans ces milieux. L'analyse des signatures optiques du HMDSO dans le volume de la décharge a aussi permis de faire des liens avec les propriétés de surface des couches réalisées en conditions similaires. Notamment, les mesures de vitesse de dépôt observées sur les couches, étant plus faibles avec l'augmentation du t_res, ont pu être liées aux émissions des fragments carbonés, plus fortes en entrée, ainsi qu'à la n_He(23S), plus faible à cet endroit, sachant que ces derniers jouent un rôle important dans la fragmentation du précurseur HMDSO. De plus, l'analyse de rapport d'intensités d'émissions de ces fragments semble montrée une tendance similaire aux rapports atomiques O/C obtenus par mesures de spectroscopie à rayon X (XPS) sur les couches produites, mais l'interprétation de ces évolutions se veut plus complexe.
Author: EMMANUEL.. ODIC
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Languages : fr
Pages : 242
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Book Description
L'IMPACT ENVIRONNEMENTAL ET SANITAIRE DES EMISSIONS, DANS L'ATMOSPHERE, D'EFFLUENTS GAZEUX CHARGES EN POLLUANTS, NOTAMMENT EN COMPOSES ORGANIQUES VOLATILS, A MOTIVE LA RECHERCHE DE TECHNOLOGIES NOUVELLES PERMETTANT LA DEPOLLUTION A MOINDRE COUT DE CES EFFLUENTS. CE TRAVAIL DE THESE A EU POUR OBJECTIF L'ETUDE D'UNE DECHARGE MOYENNE FREQUENCE AVEC BARRIERE DIELECTRIQUE, ETABLIE DANS L'AIR A PRESSION ATMOSPHERIQUE, ADAPTEE A CETTE APPLICATION. REALISEE AVEC UNE GEOMETRIE D'ELECTRODES DE TYPE MONOPOINTE - PLAN, CETTE ETUDE PERMET DE PROPOSER UN MODELE ELECTRIQUE DECRIVANT LES MECANISMES INDUITS DANS LES COMPOSANTES IMPULSIONNELLES ET SYNCHRONES DU COURANT DE DECHARGE ET DE DEGAGER UN PARAMETRE PHYSIQUE DU PLASMA, SA TEMPERATURE T P L, CORRELEE AUX PARAMETRES ELECTRIQUES DE DECHARGE ET DONT LES VALEURS ELEVEES (1500-2500 K) JUSTIFIENT LA TERMINOLOGIE DE PLASMA TIEDE, DETERMINANT SA REACTIVITE CHIMIQUE. CETTE REACTIVITE EST TESTEE SUR LE TOLUENE DONT LA DESTRUCTION EST ETUDIEE EN FONCTION DES PARAMETRES PHYSIQUES ET ELECTRIQUES DU PLASMA. UNE EXTENSION LINEAIRE DU SYSTEME PRECEDENT A ETE REALISEE, EN VUE DE L'INDUSTRIALISATION DU PROCEDE, SOUS LA FORME D'UN REACTEUR DEVELOPPANT UN DOUBLE RIDEAU DE PLASMA ET D'UNE CAPACITE VOLUMIQUE DE TRAITEMENT DE 1 M 3.H - 1. LES PERFORMANCES DE CE REACTEUR ONT ETE APPRECIEES EN OPERANT AVEC DU TOLUENE ET DE L'ISOPROPANOL (A RAISON DE 1000-2000 PPMV) EN TENANT COMPTE A LA FOIS DU TAUX DE CONVERSION DU POLLUANT (90-99%) ET DES PRODUITS STABLES DE DEGRADATION FORMES EN PHASES GAZEUSE ET PARTICULAIRE. CETTE ANALYSE A CONDUIT A LA PROPOSITION DE SCHEMAS REACTIONNELS DE TYPE COMBUSTION ET DES COMPARAISONS ETABLIES SUR UN PLAN ENERGETIQUE ONT MONTRE QUE, DANS CERTAINES CONDITIONS, UNE ENERGIE INJECTEE DANS LE PLASMA DEUX FOIS INFERIEURE A CELLE MISE EN JEU DANS UN PROCESSUS DE COMBUSTION PEUT SUFFIRE A L'OBTENTION DE RESULTATS CHIMIQUES COMPARABLES. UN CONCEPT DE CATALYSE PLASMA EST ALORS AVANCE.
Author: Yannick Cesses
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Languages : fr
Pages : 176
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Book Description
Les décharges électriques contrôlées par barrière diélectrique jouent un rôle de plus en plus important sur le plan industriel. Généralement utilisées à la pression atmosphérique, leurs domaines d'applications s'étendent de la production d'ozone, aux traitements de surface polymère en passant par les sources incohérentes de rayonnement UV. A la pression atmosphérique, ces décharges sont généralement de type filamentaire. Mais, sous certaines conditions particulières d'alimentation, il est possible d'obtenir une décharge homogène, similaire à une décharge luminescente à basse pression. L'objectif de ce travail est, par le biais d'une modélisation bidimensionnelle de la décharge filamentaire, d'améliorer la connaissance des mécanismes de création et de propagation pour proposer une voie d'établissement du régime luminescent. Ce modèle fluide, basé sur un ensemble d'équations hydrodynamiques, prend en compte non seulement l'influence des particules chargées, mais aussi celle des particules lourdes (états radiatifs, métastables, ). Ces espèces excitées n'étaient jusqu'ici pas inclus dans les modèles de décharge filamentaire alors qu'elles jouent un rôle capital dans la propagation d'une décharge luminescente. L'étude systématique de la distribution spatio-temporelle de toutes les espèces prises en compte lors des différentes phases de propagation, a permis de mettre en évidence l'importante concentration d'espèces métastables non seulement dans le gaz, mais aussi au voisinage de la surface des diélectriques. L'émission secondaire d'électrons engendrée par impact de ces niveaux métastables sur la surface, bien que peu importante, semble être le mécanisme prépondérant pour l'établissement d'une décharge luminescente. En effet, il permet une ionisation à faible champ électrique nécessaire à l'établissement de ce régime.
Author: Philippe Decomps
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Languages : fr
Pages : 207
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Book Description
CET OUVRAGE PRESENTE LES TRAVAUX RELATIFS A L'ETUDE D'UN NOUVEAU REGIME DE DECHARGE RECEMMENT MIS EN EVIDENCE: LA DECHARGE LUMINESCENTE CONTROLEE PAR BARRIERE DIELECTRIQUE OBTENUE DANS L'HELIUM A PRESSION ATMOSPHERIQUE. LES TRANSFORMATIONS DE LA SURFACE DE FILMS DE POLYPROPYLENE SUITE A L'INTERACTION AVEC CETTE DECHARGE ONT AUSSI ETE ETUDIEES. DANS UNE PREMIERE PARTIE L'AUTEUR FAIT TOUT D'ABORD UNE SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE PORTANT SUR LES DIFFERENTS REGIMES DE DECHARGES OBTENUES A PRESSION ATMOSPHERIQUES. PUIS IL DECRIT PLUS PARTICULIEREMENT LES DECHARGES DANS L'HELIUM EN PRESENCE OU NON D'IMPURETES ET LES MODIFICATIONS QU'ELLES PEUVENT CONDUIRE A LA SURFACE D'UN POLYMERE. LA DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE AUX DIFFERENTES TECHNIQUES EXPERIMENTALES AYANT PERMIS DE CARACTERISER A LA FOIS LA PHASE GAZEUSE ET LES PROPRIETES DE SURFACE. UNE ATTENTION TOUTE PARTICULIERE EST PORTEE SUR LA CARACTERISATION ELECTRIQUE DE CETTE DECHARGE MISE AU POINT AU COURS DE CE TRAVAIL. DANS UN TROISIEME CHAPITRE, UNE ETUDE DU REGIME LUMINESCENT A PRESSION ATMOSPHERIQUE EST EFFECTUEE, L'OBJECTIF ETANT DE MONTRER QUE CETTE DECHARGE FONCTIONNE COMME UN PLASMA BASSE PRESSION. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX CORRESPONDANT A UNE ANALYSE EN FONCTION DE DIFFERENTS PARAMETRES DE LA DECHARGE SONT PRESENTES DANS LES QUATRIEME ET CINQUIEME CHAPITRES. CES DEUX DERNIERES PARTIES CONCERNENT PLUS PARTICULIEREMENT L'ETUDE DES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES ET OPTIQUES DE LA PHASE GAZEUSE ET LEURS INFLUENCES SUR L'ENERGIE DE LA SURFACE DU POLYPROPYLENE. DE CES RESULTATS IL RESSORT LA DETERMINATION DE LA PLAGE DE FONCTIONNEMENT DE CETTE DECHARGE DANS UN REGIME LUMINESCENT A PRESSION ATMOSPHERIQUE ET L'EFFICACITE DE CE PLASMA A TRANSFORMER LES SURFACES. DE PLUS L'ATTENTION EST PORTEE SUR LA PRESENCE D'UNE DENSITE D'ELECTRONS GERMES AVANT L'AMORCAGE DE NOUVELLES DECHARGES QUI CONDITIONNE L'OBTENTION D'UNE DECHARGE LUMINESCENTE A PRESSION ATMOSPHERIQUE
