Author: Claire Douat
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Languages : fr
Pages : 0
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Ces dernières années un nouveau type de décharges hors équilibre thermodynamique, aptes à générer des micro jets de plasma se propageant en atmosphère libre, a suscité beaucoup d'intérêt dans la communauté scientifique. Ces micro jets, produits dans des structures type décharge à barrière diélectrique, ont des propriétés particulièrement intéressantes, tant sur le plan de la physique des plasmas que sur celui des applications, en particulier pour des applications biomédicales ou de traitement de surface.Dans ce travail de thèse il est démontré que ces jets de plasma correspondent à la propagation à grande vitesse d'un front d'ionisation sans déplacement de matière. Une caractérisation des propriétés des jets (vitesse et distance de propagation) a été effectuée en fonction de la tension appliquée, du débit, de la composition du gaz, et de la géométrie de la décharge. La distribution spatio-temporelle des espèces réactives produites par le jet a été mesurée, et en particulier celle de l'état métastable He (23S) mesuré par absorption laser. Des densités comprises entre 1.1012 et 5.1013 cm-3 ont été obtenues pour l'état He (23S). Sa distribution est annulaire à la sortie de la structure de la décharge et se referme le long du jet. La densité maximale est obtenue à une distance correspondant à la moitié de la zone où les atomes métastables sont présents, ce qui est en contradiction avec les modèles actuels. De plus, afin de mieux comprendre la physique des jets de plasma, nous avons fait interagir deux jets placés l'un en face de l'autre. L'étude de la contre propagation de deux jets révèle qu'il existe une distance minimale d'approche laissant entre eux une zone exempte de plasma. Après l'extinction des deux plasmas, une seconde décharge s'amorce exactement dans cette zone. Une étude détaillée couplant diagnostics électrique, imagerie ultra-rapide et spectroscopie d'émission nous a permis de montrer que cette décharge secondaire est due à une inversion de polarité conduisant à la création transitoire d'un piège à électrons.Dans le but d'aborder l'étude des applications des jets de plasma au domaine biologique, nous avons également étudié la dégradation de l'ADN plasmidique par un jet de plasma. Nous avons mis en évidence que ce type de plasma induit majoritairement des cassures simples et doubles brins, alors que très peu d'oxydations de base ou de sites abasiques sont observés, ceci même avec l'ajout de quelques pourcents d'oxygène dans le gaz.
Author: Neil Jomaa
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Languages : fr
Pages : 254
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Le développement de sources de plasmas froids stables et bien adaptées aux applications biomédicales est en plein essor notamment pour répondre à des exigences strictes comme une quasi-température ambiante, la production d'espèces actives contrôlées, etc. Les jets de plasmas froids à la pression atmosphérique générés par décharges à barrière diélectrique (DBD) dans l'hélium peuvent répondre à ces exigences. Ils constituent l'objectif de notre étude numérique qui est corrélée aux mesures pour la validation de notre modélisation hydro-électrodynamique. Le dispositif modélisé mis en place dans le groupe est constitué par un tube de quartz de petit diamètre traversé par l'hélium et enveloppé par deux électrodes d'aluminium alimentées par une tension pulsée mono-polaire. L'imagerie rapide a montré que le jet de plasma apparaissant continue est en fait la succession rapide de "balles de plasma" constituant les fronts de l'onde d'ionisation se propageant dans le mélange He-air à l'extérieur du tube, une hypothèse d'onde d'ionisation guidée dont la confirmation constitue l'un des objectifs de ce travail. L'étude menée en 2Drz est basée sur la méthode des éléments finis pour la discrétisation en utilisant le logiciel COMSOL. Trois modèles couplés ont été mis en place pour les études hydrodynamique, électrostatique et électrodynamique. La modélisation hydrodynamique nous a fourni, pour différents rayons du tube et vitesses d'écoulement, la distribution 2Drz de la fraction molaire d'hélium qui se dilue progressivement dans l'air ambiant. Ce mélange gazeux constitue le milieu dans lequel se propage l'onde d'ionisation dont le front d'onde initial au voisinage de la sortie du tube est le champ électrique géométrique. Ce champ a constitué l'objectif de la simulation électrostatique qui nous a permis de quantifier l'influence de chacun des paramètres du dispositif sur la valeur maximale de ce front d'onde initial. Le fruit de cette étude est une configuration optimale validée expérimentalement pour soit optimiser la longueur du jet facilitant la manipulation du jet, soit minimiser la tension appliquée pour réduire le cout énergétique dans le cas d'une longueur fixée du jet. La simulation hydro- électrodynamique du jet est basée sur le système couplé formé par les équations de Poisson, de transport des particules, de conservation de l'énergie électronique, du transport convecto-diffusif et de Navier Stokes. Les données de base nécessaires en entrée comme les coefficients de transport et de réaction ont été déterminés par résolution de l'équation de Boltzmann multi-termes en fonction de la dilution progressive de l'He dans l'air. Chaque cas de simulation de notre modèle multi-physiques, consommateur de temps de calcul (3 jours sur un processeur Xeon), fournit beaucoup d'informations précieuses pour l'optimisation du jet. On peut citer la confirmation de la nature "streamer guidé", l'analyse 2Drz fine à l'aide des cinétiques réactionnelles des différentes phases du jet (développement, propagation à l'intérieur puis à l'extérieur du tube et post-décharge), la détermination du profil de sa vitesse instantanée et de sa longueur, l'identification des mécanismes conduisant à sa forme annulaire observée expérimentalement, l'étude spatio-temporelle de l'énergie électronique moyenne, du champ électrique local générant la seconde onde d'ionisation, du courant électronique et des densités des espèces chargées et neutres comme l'hélium métastable jouant un rôle majeur et l'oxygène atomique pour son importance dans le biomédical. Les bonnes cohérences entre nos résultats et les mesures sont autant d'éléments de validation de notre modèle hydro-électrodynamique. On a mené aussi une étude paramétrique systématique pour quantifier l'effet de la tension et du rayon interne sur les caractéristiques du jet de plasma. On a finalement apporté dans une annexe notre contribution sur la physique de l'interaction entre notre jet et les micro-organismes.
Author: Emmanouïl Panousis
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Languages : fr
Pages : 260
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Le travail porte sur l'étude d'un plasma d'azote issu d'une décharge à barrière diélectrique à la pression atmosphérique dans un double but : une meilleure compréhension des mécanismes physico-chimiques gouvernant une telle décharge et son application au traitement de surface de métaux. Ici, le traitement s'effectue dans des conditions de post-décharge spatiale. Ainsi les produits de la décharge (principalement les espèces actives) sont acheminés en dehors de l'espace inter-électrodes. Cette configuration permet de traiter des pièces de grandes dimensions ou présentant des parties concaves, et d'envisager un procédé industriel en défilé. Les matériaux étudiés sont les alliages métalliques Al-2024 et TiA6V4, Le but du traitement est de rendre compatible les surfaces avec des applications de collage et de peinture. Ce travail est dirigé suivant 3 axes principaux : - Etude théorique de la décharge à barrière diélectrique par la modélisation et la simulation numérique : les résultats ici obtenus décrivent de façon qualitative le comportement électrodynamique de la décharge, permettant également d'estimer son efficacité à produire des espèces actives. - Etude expérimentale de la DBD et de la post-décharge. Les mesures électriques ont été employées pour l'étude comparative des deux réacteurs DBD utilisés. Puis, le diagnostic optique a permis d'identifier une part importante des espèces produites pendant la DBD et de "suivre" leur trajet dans la post-décharge en flux, dans deux modes distincts de fonctionnement (sortie libre ou guidage par un tube de quartz). Les mécanismes réactionnels dominants ont été identifiés et étudiés. - Application de la DBD au traitement des surfaces métalliques en conditions de post-décharge spatiale. Il a été constaté, par des moyens macroscopiques mais aussi microscopiques de caractérisation de la surface, que le traitement effectue un nettoyage de la contamination organique de la surface mais aussi une désoxydation partielle.
Author: KOLOTTIKI.. COULIBALY
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Languages : fr
Pages : 281
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NOTRE ETUDE A POUR BUT L'ETUDE DE LA DESTRUCTION DE MOLECULES ORGONOCHLOREES PAR UN PROCEDE PLASMA EN REACTION AVEC UN LIT FLUIDISE. LA DIFFICULTE PRINCIPALE D'UNE TELLE DEMARCHE RESIDE DANS L'IDENTIFICATION DES PHENOMENES ELEMENTAIRES RESPONSABLES DE LA FORMATION D'ESPECES TOXIQUES TELLES QUE LES MOLECULES PHOSGENIQUES ET LES HOMOLOGUES PLUS COMPLEXES A BASES DE FURANES ET DE DIOXINES.. LA PREDICTION THERMODYNAMIQUE A PERMIS DE DEFINIR LES PLAGES THERMIQUES FAVORABLE A LA DECOMPOSITION DE CES MOLECULES (T>3000 K), ET ORIENTE NOTRE CHOIX SUR LA COMPOSITION DU MELANGE A TRAITER. L'ETUDE CINETIQUE ENTREPRISE SUR LA DECOMPOSITION DE CCL 2F 2 ET CCL 4 A PERMIS DE MIEUX APPREHENDER LE ROLE DE CERTAINS PARAMETRES EXPERIMENTAUX SUR LE PROCEDE PLASMA, AINSI NOUS AVONS OBSERVE DES TEMPS DE REACTION DE L'ORDRE DE 10 3 S POUR ATTEINDRE L'EQUILIBRE CHIMIQUE. LA DUREE DE VIE DES RADICAUX, LES RADICAUX RESPONSABLES DE LA FORMATION DES ESPECES TOXIQUES, L'ETAT STATIONNAIRE SONT AUTANT DE QUESTIONS QUI ONT ETE ELUCIDEES DANS CETTE ETUDE. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE A HAUTE TEMPERATURE ET A PRESSION ATMOSPHERIQUE L'EXISTENCE D'ETATS EXCITES PARTICULIERS DE L'HYDROGENE ATOMIQUE (H H , H , H , H ) ET MOLECULAIRE ( 3, 1, 3, 1) A LONGUE DUREE DE VIE EST EN PARTIE RESPONSABLE DE CETTE CHIMIE SPECIFIQUE DE L'HYDROGENE. L'ANALYSE SPECTROSCOPIQUE A PERMIS DE REVELER LES STRUCTURES VIBRATIONNELLES ET ROTATIONNELLES DES ESPECES TELLES QUE C 2, CN, CO ET L'EXISTENCE DES RADICAUX CL, F, LE CN ET LE C 2 SE SONT REVELES COMME D'EXCELLENTS THERMOMETRES POUR DETERMINER LES TEMPERATURES VIBRATIONNELLES AU VOISINAGE DE 5500 K A 3 CM EN DESSOUS DE LA DERNIERE SPIRE DE L'INDUCTEUR. SI L'ETUDE THEORIQUE REALISEE EN PREAMBULE DE CE TRAVAIL JUSTIFIE L'EMPLOI D'UN PLASMA HAUTEMENT ENERGETIQUE POUR LA DESTRUCTION DES REJETS ORGANOHALOGENES, SA CONJONCTION AVEC LE LIT FLUIDISE JAILLISSANT A PERMIS DE DEVELOPPER UN PROCEDE PROPRE DE DEPOLLUTION PAR VOIE SECHE. ATTEIGNANT DES TAUX DE DESTRUCTION 99,98% AVEC UNE ELIMINATION SUR DES PARTICULES SOLIDES (PAR VOIE HETEROGENE) DES RADICAUX CHLORE ET FLUOR PRECURSEURS DE LA FORMATION DES ESPECES TOXIQUES. LA DERNIERE PARTIE A ETE CONSACREE A L'ETUDE D'UN MELANGE COMPLEXE CONTENANT DES PRODUITS ORGANIQUES, HALOGENES, SOUFRES, DES METAUX, DE TYPE REJETS INDUSTRIELS.
Author: Reza Jafari Aminabadi
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Languages : fr
Pages : 241
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Ce travail a pour objectif la réalisation de dépôts d’acide acrylique polymérisés par plasma (AAPP), capables de fixer des biomolécules (ADN, Anticorps, cellules) présentant une excellente stabilité au lavage lors des étapes de mise en solution. Selon la géométrie du substrat à fonctionnaliser, deux réacteur plasma basse pression ont été utilisés ; Les dépôts d’AAPP sur films souples de polymères ont été réalisés dans un réacteur cloche (70 kHz) alors que les poudres et billes de polymère ont été traitées dans un réacteur plasma à lit fluidisé à 13.56 MHz. De nombreuses techniques d’analyses de surfaces ont été utilisées (angle de contact, MEB, XPS, FTIR, ellipsométrie) afin de comprendre le rôle des paramètres opératoires (pression, puissance, composition...) du plasma sur les propriétés physico-chimiques des dépôts réalisés à 70 kHz et 13.56 MHz, en terme de sélectivité et stabilité. Cette première démarche accomplie, nous nous sommes intéressés au développement d’applications de nos dépôts dans le secteur biotechnologique. L’étude relative à la fabrication des puces à ADN sur surfaces planes, a permis de mettre en évidence des performances plus élevées des biopuces réalisées à partir d’un dépôt d’AAPP par rapport aux biopuces commerciales. L’étude relative à l’amélioration de l’adhésion des cellules 3T3 sur la surface d’un film d’HYAFF 11 nous a permis également d’obtenir également des résultats prometteurs sans affecter la morphologie des cellules 3T3 au cours de l’interaction avec le dépôt d’AAPP. L’étude du réacteur plasma basse pression à lit fluidisé utilisé pour le traitement de surface des particules a nécessité le développement d’autres diagnostiques complémentaires (mesures ALD et la simulation numérique (Fluent 6.1)), afin d’accéder aux temps de séjour et à l’hydrodynamique du gaz de fluidisation et des particules. L’étude des paramètres opératoires du plasma sur les caractéristiques physico-chimiques des particules de PS après dépôt d’AAPP montre que la stabilité du dépôt d’AAPP au lavage est très sensible à l’effet du prétraitement de la surface de particules de PS.
Author: Frédéric Bretagnol (ingénieur).)
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Pages : 238
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Author: Jérôme Métral
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Languages : fr
Pages : 204
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Un gaz ionisé (ou plasma) présente la propriété d'absorber ou de réfléchir les ondes électromagnétiques radar, si son taux d'ionisation est suffisant. Cette propriété suscite un intérêt particulier pour des applications dans le domaine de l'aéronautique. L'objectif de cette thèse est de pouvoir prédire les caractéristiques (électriques et énergétique) d'un plasma d'air faiblement ionisé dans un écoulement à pression atmosphérique. La description du plasma repose sur un modèle à deux températures, inspiré des modèles hors- équilibre thermique. L'écoulement du plasma est alors décrit par un système d'équations de l'hydrodynamique à deux températures couplé à un modèle collisionnel (description des échanges énergétiques) et à la cinétique chimique (réactions chimiques). Nous avons mis en œuvre un algorithme pour simuler le plasma en écoulement axisymétrique. Il s'agit d'un schéma numérique bidimensionnel de type Lagrange + Projection dont la phase de projection est un schéma d'ordre 2, adapté au transport multi- espèces. Cet algorithme nous permet de simuler des expérimentations sur l'écoulement d'un plasma atmosphérique pour valider les paramètres du modèle. Dans une deuxième partie, nous étudions la méthode des couches absorbantes parfaitement adaptées (PML) qui constitue une condition de bord pour la simulation en milieu ouvert. Son efficacité étant reconnue pour les problèmes de propagation d'onde électromagnétique, nous nous penchons sur un moyen d'adapter cette méthode de l'aéroacoustique (équations d'Euler linéarisées). Pour cela nous présentons deux approches : une méthode simple visant à éviter les oscillations numériques, et une approche plus générale où nous définissons une nouvelle formulation de couches absorbantes qui mène à des problèmes bien posés.
Author: Armelle Vardelle
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Languages : fr
Pages : 308
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ETUDE THERMODYNAMIQUE ET EXPERIMENTALE DE LA DECOMPOSITION DE L'ALUMINE EN PLASMA D'ARC. MODELISATION DES TRANSFERTS DE QUANTITE DE MOUVEMENT, DE CHALEUR ET DE MASSE ENTRE UN ECOULEMENT DE PLASMA ET UN MATERIAU PULVERULENT DANS LES CONDITIONS DU PROCEDE DE PROJECTION PAR PLASMA A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE. COMPARAISON DES RESULTATS NUMERIQUES AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX OBTENUS PAR L'ETUDE IN SITU DU TRAITEMENT THERMIQUE DES GRAINS
Author: Laura Chauvet
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Languages : fr
Pages : 183
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Depuis le début des années 2000, de nouvelles sources plasma à pression atmosphérique ont été développées. Ces dernière permettent la propagation d'un jet de plasma froid (plasma hors équilibre thermodynamique) à l'air. Du fait de leurs intéressantes propriétés (en terme d'espèces réactives, de basse température et de leurs facultés à s'étendre dans l'air), ils sont étudiés dans une large gamme d'applications parmi lesquelles la médecine, la décontamination, la synthèse de nanoparticules ou encore la chimie analytique. Certains jets sont générés par des sources basées sur des configurations de décharges à barrières diélectriques (DBD), c'est le cas de cette étude. Ce travail propose la caractérisation expérimentale d'un jet de plasma ayant comme objectif d'être couplé à un spectromètre de masse à temps de vol (TOF-MS) dans le cadre d'une application à la chimie analytique dans les conditions ambiantes. La source se compose d'un diélectrique, dans lequel le gaz de décharge est injecté, entouré par deux électrodes alimentées par un signal de tension alternatif carré. Les diagnostics utilisés lors de la caractérisation de la décharge sont principalement optiques. Il s'agit de spectroscopie d'émission optique ainsi que d'imagerie réalisée avec une caméra ICCD, dans un premier temps employée sans filtre puis avec des filtres passe-bandes. Le spectromètre de masse a également été utilisé comme outil de diagnostic afin d'identifier les ions créés par l'interaction du plasma dans l'air. Le jet a été étudié pour différentes conditions de tensions appliquées et de débits de gaz, et ce pour deux gaz de décharge, le néon et l'hélium. Les mécanismes de propagation du jet dans l'air ont été étudiés indépendamment pour les deux alternances de la tension, mettant en évidence la propagation de streamers, respectivement positif et négatif, ainsi que la présence d'un canal ionisé persistant d'un streamer à l'autre. Les distributions spatio-temporelles des émissions des principales espèces radiatives ont été étudiées lors de la propagation de chacun des streamers permettant d'observer et d'identifier plusieurs mécanismes intervenant dans le peuplement des états supérieurs de ces espèces. Ces résultats ont révélé que les mécanismes mis en jeu diffèrent pour certaines espèces en fonction de l'alternance de la tension. Il est également apparu que les mécanismes intervenant dans les décharges initiées avec le néon ou l'hélium étaient globalement semblables mais différaient tout de même légèrement du fait de la différence d'énergie entre les états métastables du néon et de l'hélium. Afin d'évaluer les capacités d'ionisation de la source dans le cadre de son application à la chimie analytique dans les conditions ambiantes, les ions créés par le plasma dans l'air ont été détectés et identifiés à l'aide du TOF-MS puis différents échantillons volatils ont été testés. Les résultats ont mis en évidence que le jet initié avec le néon est aussi efficace que celui initié avec l'hélium pour ioniser ces échantillons. Une étude semi-quantitative d'un des échantillons volatils a également été réalisée.
Author: Michel Vardelle
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Languages : fr
Pages : 308
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ETUDE DES TORCHES A PLASMA. ETUDE EXPERIMENTALE DES TRANSFERTS DE QUANTITE DE MOUVEMENT, DE CHALEUR ET DE MASSE ENTRE UN ECOULEMENT DE PLASMA ET UN MATERIAU PULVERULENT. ETUDE EXPERIMENTALE DE L'EVAPORATION DES POUDRES DANS L'ECOULEMENT
