Réalisation et optimisation d'un réacteur plasma froid fonctionnant à pression atmosphérique : application aux traitements de surfaces

par Emmanouïl Panousis

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Francis Loiseau et de Nicolas Spyrou.

Soutenue en 2006

à Pau .


  • Résumé

    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.

  • Titre traduit

    Implementation and optimisation of an atmospheric pressure cold plasma reactor : application on surface treatment


  • Résumé

    A dielectric barrier discharge (DBD) in Nitrogen at atmospheric pressure was the object of this work. The aim was primarily to gain insight to the physico-chemical mechanisms governing such a discharge and to also apply this configuration to the surface treatment of metals. Here, the surface treatment takes place in spatial afterglow conditions. The discharge products (active species in particular) are blown out of the inter-electrode space due to the special plasma reactors' geometry and the high gas flow. This enables the treatment of large areas and hollow objects and could easily be used in an industrial production line. The surfaces of Al-2024 and TiA6V4 metal alloys were treated during this work in an effort to render them compatible to applications involving adhesion. This work is thus composed of 3 main parts: - Numerical modeling of the DBD: results here obtained permit to qualitatively describe the discharge's electrodynamical behavior and estimate its yield in the production of active species. - Experimental study of the DBD and the afterglow: electrical diagnostic techniques were used in order to compare the two reactors studied. Optical diagnostics were then applied that helped identify the active species produced by the DBD and “follow” them in the flowing afterglow in two different configurations: the unguided and the quartz tube guided afterglow. The dominant physico-chemical mechanisms for the active species were thus identified for these conditions. - Application of the DBD in the treatment of metallic surfaces in afterglow conditions: By macroscopic and microscopic means of surface characterization it was observed that the DBD flowing afterglow were studied induces a cleaning of organic contaminants of the surface as well a possible partial de-oxidation.

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  • Détails : 1 vol. (260 p.)
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