Détection et métrologie de nanoparticules en suspension dans un plasma froid basse pression

par Gaëtan Wattieaux

Thèse de doctorat en Physique des gaz et des plasmas

Sous la direction de Laïfa Boufendi.

Soutenue le 03-12-2010

à Orléans , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences et technologies (Orléans) , en partenariat avec Groupe de recherche sur l'Energétique des Milieux Ionisés (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Michel Pouvesle.

Le jury était composé de Laïfa Boufendi, Jean-Michel Pouvesle, Jean-Pierre Boeuf, Fabrice Onofri, Philippe Belenguer, Eric Gaffet, Khaled Hassouni, Alain Jalocha.

Les rapporteurs étaient Jean-Pierre Boeuf, Fabrice Onofri.


  • Résumé

    Face au développement actuel des nanotechnologies il apparaît important de pouvoir contrôler la taille des nano-objets mis en oeuvre par les industriels aussi bien pour la qualité des produits manufacturés que pour la sécurité des personnes et la protection de l'environnement. Le travail qui a été accompli au cours de cette thèse concernait la recherche de solutions innovantes pour mesurer la taille de nanoparticules en voie sèche. Pour cela nous nous sommes plus particulièrement concentrés sur la physique des plasmas poudreux. En effet l'utilisation d'un plasma permet de favoriser la désagglomération de l'échantillon de poudre que l'on souhaite caractériser et la présence de poussières dans un plasma modifie sensiblement les caractéristiques électriques de ce dernier. Nous avons montré dans un premier temps qu'il est possible de déterminer la taille moyenne de poussières piégées dans une décharge capacitive RF à basse pression à partir de la mesure de la variation des paramètres électriques de cette dernière quand de la poudre s'y forme ou y est injectée. Nous avons également développé une nouvelle technique de granulométrie par sédimentation à basse pression et assistée par plasma. Cette technique consiste à disperser l'échantillon de poudre en l'injectant dans un plasma puis à en déduire sa taille à partir de la mesure de sa vitesse de sédimentation après l'extinction du plasma. Ainsi, il est possible de déterminer la fonction de distribution en taille de l'échantillon de poudre que l'on analyse. Le système que nous avons conçu a été utilisé avec succès pour contrôler en temps réel une ligne de production de nanopoudres au CEA Saclay.

  • Titre traduit

    Detection and metrology of nanoparticles trapped inside a low pressure cold plasma


  • Résumé

    The recent development of nanotechnology has made nanoparticle sizing more and more important for the quality of manufactured products as well as for human health and environmental protection. The aim of this thesis was to look for innovative solutions to measure the size and the concentration of nanoparticles in dry environnement. To meet this requirement we focused on the physics of dusty plasmas because the desagglomeration of a powder sample is enhanced when it is exposed to a plasma and the dusts modify signifcantly the electrical properties of the plasma where they are trapped. The first result of this work is the determination of the mean size of dusts that are injected or formed in a RF low pressure capacitive discharge from the variations of the electrical parameters of the plasma and of the discharge. A new particle sizing technique has also been developed. It consists of determining the powder size distribution from the measurement of its sedimentation speed following the extinction of the discharge. The system that has been designed was successfully used to monitor in real time a nanopowder production line based at the CEA Saclay.

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