Une technologie plasma à pression atmosphérique par décharge à barrière diélectrique (DBD) pour récupérer les métaux précieux contenus dans les effluents médicaux PDF Download
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Book Description
Une grande proportion des patients atteints de cancer sont traités avec des médicaments à base de platine. L'un de ces principaux médicaments, le cisplatine, est injecté par voie intraveineuse chez les patients. Ensuite, une grande majorité de ces molécules sont excrétées par l'urine. Cette molécule,qui a un impact toxicologique sur l'environnement, se retrouve dans les eaux usées. Les effluents hospitaliers représentent la seconde source de métaux du groupe platine dans les eaux usées des municipalités. La technologie plasma à décharge à barrière diélectrique (DBD) développée dans ce projet peut être adaptée à la récupération des métaux précieux. L'hypothèse du projet est qu'un réacteur plasma DBD permettrait de récupérer le platine provenant du cisplatine contenu dans les effluents hospitaliers pour ainsi réduire l'empreinte environnementale des rejets. Dans le cadre de ce projet, nous avons développé une procédure plasma pour extraire le platine des eaux usées produites par les cliniques d'oncologie. Les caractéristiques du plasma DBD ont été mesurées. Ces paramètres du plasma permettront de comprendre les interactions entre le plasma et le liquide qui sont à l'origine de la dégradation du cisplatine. L'approche inactive les molécules et convertit le platine en nanoparticules. Les nanoparticules de platine obtenues ont été caractérisées par différentes techniques : microscopie électronique à transmission (MET), analyses physico-chimiques (XPS, EDX,UV-vis) et analyse élémentaire (MP-AES). Ce projet a permis de révéler le potentiel des traitements par plasma pour l'élimination du cisplatine des effluents hospitaliers et la récupération de ce métal précieux.
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Une grande proportion des patients atteints de cancer sont traités avec des médicaments à base de platine. L'un de ces principaux médicaments, le cisplatine, est injecté par voie intraveineuse chez les patients. Ensuite, une grande majorité de ces molécules sont excrétées par l'urine. Cette molécule,qui a un impact toxicologique sur l'environnement, se retrouve dans les eaux usées. Les effluents hospitaliers représentent la seconde source de métaux du groupe platine dans les eaux usées des municipalités. La technologie plasma à décharge à barrière diélectrique (DBD) développée dans ce projet peut être adaptée à la récupération des métaux précieux. L'hypothèse du projet est qu'un réacteur plasma DBD permettrait de récupérer le platine provenant du cisplatine contenu dans les effluents hospitaliers pour ainsi réduire l'empreinte environnementale des rejets. Dans le cadre de ce projet, nous avons développé une procédure plasma pour extraire le platine des eaux usées produites par les cliniques d'oncologie. Les caractéristiques du plasma DBD ont été mesurées. Ces paramètres du plasma permettront de comprendre les interactions entre le plasma et le liquide qui sont à l'origine de la dégradation du cisplatine. L'approche inactive les molécules et convertit le platine en nanoparticules. Les nanoparticules de platine obtenues ont été caractérisées par différentes techniques : microscopie électronique à transmission (MET), analyses physico-chimiques (XPS, EDX,UV-vis) et analyse élémentaire (MP-AES). Ce projet a permis de révéler le potentiel des traitements par plasma pour l'élimination du cisplatine des effluents hospitaliers et la récupération de ce métal précieux.
Author: Jean-François Sauvageau Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 139
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Les métaux du groupe du platine (MGP) et les métaux nobles sont utilisés dans des secteurs industriels reliés aux catalyseurs automobiles, aux matériaux semi-conducteurs et même en médecine régénératrice. L’extraction ce ces métaux à partir de minerais et d’effluents est réalisée par divers procédés hydrométallurgiques, tels que la lixiviation et l’adsorption sur charbon activé. Ces procédés sont associés à plusieurs problématiques : les temps de production sont longs, l’extraction sélective des éléments d’intérêt nécessite des produits toxiques (e.g. cyanures) et l’utilisation de charbon activé est à l’origine de l’émission de gaz à effet de serre (GES). La demande croissante pour ces métaux motive le développement de nouvelles technologies permettant de les récupérer plus rapidement et efficacement, tout en minimisant l’impact environnemental de leur production. Les plasmas atmosphériques produits par décharge à barrière diélectrique (DBD) font partie des technologies novatrices qui permettraient de s’affranchir des désavantages reliés aux procédés de récupération conventionnels. En seulement quelques minutes, le traitement des effluents contenant des ions métalliques par l’application de décharges plasmas permet la récupération des métaux nobles sous forme de nanoparticules (NPs). Ce mémoire présente cette technique de récupération plasma appliquée à des effluents synthétiques, miniers, industriels et hospitaliers. En moins de 15 min d’opération, un réacteur plasma DBD permet de récupérer sélectivement 95% de l’or pour des effluents provenant des industries minières et des semi-conducteurs. Cette technologie présente également un potentiel pour la récupération du palladium, qui atteint 60% et ce pour des conditions pouvant être optimisées davantage. De plus, les réactions électrochimiques induites par les décharges plasma sont en mesure de dégrader des contaminants hautement toxiques tels que les cyanures. Ces résultats prometteurs ont motivé la prise de démarches pour implémenter cette technologie à l’échelle industrielle chez différentes compagnies partenaires du domaine minier et des semiconducteurs.
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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.
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Par definition, une Decharge a Barriere Dielectrique (DBD) est une source de plasma froid hors equilibre caracterisee par la presence d'au moins un dielectrique entre deux electrodes metalliques. Le terme DBD regroupe, donc, les configurations de decharges pour lesquelles un courant transite entre les electrodes separees par un gaz et par au moins une couche de dielectrique dont son introduction a pour but de limiter l'energie qui passe dans chaque canal de decharge afin d'eviter le passage au regime d'arc. La premiere et la plus importante des applications des DBDs est la generation d'ozone provenant de l'air ou de l'oxygene qui est principalement utilise dans le traitement de l'eau pour la rendre potable et au cours de ces dernieres decennies, les applications des decharges a barrieres dielectriques ont ete diversifiees. Ce manuscrit s'inscrit dans le cadre de cette application, le travail est base sur la caracterisation des plasmas et l'utilisation de reacteurs DBD pour produire de l'ozone. Plusieurs aspects ont ete developpes: generateurs d'ozone capables de traiter de l'eau a echelle industrielle, alimentations haute tension a haute frequence, utilisation de plusieurs instrum.
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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.
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L'objectif de ce travail est l'utilisation des traitements plasma à basse pression et à pression atmosphérique pour améliorer la biocompatibilité du polyéthylène téréphtalate (PET). Nous avons étudié une décharge à pression atmosphérique (DPA) en hélium, dans le mode de fonctionnement homogène confirmé par le diagnostic électrique et optique. Pour obtenir des résultats comparatifs entre le traitement plasma pression atmosphérique et le traitement plasma basse pression, une décharge basse pression (DBP) à 0,4 mbar en hélium a été étudiée aussi. Les deux types de traitement plasma induisent une décroissance de l'angle de contact à l'eau sur le PET, la composante polaire de l'énergie de surface est beaucoup augmentée. Pendant le stockage des polymères traités dans différents environnements le caractère hydrophile induit par les traitements est maintenu (dans l'eau) ou est perdu (dans l'air et sous vide). La mobilité moléculaire en surface est beaucoup augmentée après le traitement DBP. Cette affirmation est soutenue par les mesures de diffraction de rayons X et par la spectroscopie d'absorption infrarouge, qui indiquent une diminution de la fraction cristalline en surface après le traitement DBF. L'énergie libre d'interaction en milieu biologique est modifiée après les deux types de traitement. Les protéines et les cellules sanguines perdent leur affinité pour le PET, le processus d'adsorption diminue en intensité. Les nouvelles caractéristiques énergétiques de surface du PET permettent l'immobilisation des médicaments (anticoagulants, antibiotiques, enzymes) après avoir choisi un complexe approprié polymère - médicament – solvant
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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: Vanessa Sarron Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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L'utilisation de plasmas, qu'ils soient thermiques ou basse pression, dans le domaine biomédical remonte aux années 1970. Au cours de ces dernières années, les développements concernant des jets de plasma froid à pression atmosphérique, ont permis un élargissement des domaines d'applications biomédicales des plasmas. Au sein du GREMI, un type de jet de plasma a été développé : le Plasma Gun. Le plasma généré par le Plasma Gun se propage sur de longues distances à l'intérieur de capillaires. L'optimisation des traitements visés nécessite une étude approfondie des décharges créées par le Plasma Gun. La caractérisation du Plasma Gun a mis en évidence la génération de Pulsed Atmospheric pressure Plasma Streams ou PAPS, ces derniers se propageant du réacteur jusque dans l'air ambiant où ils génèrent une plume plasma. Ces PAPS présentent deux modes de propagation, au cours desquels une connexion entre le front d'ionisation et le réacteur est présente en permanence. Ces deux modes nommés respectivement Wall-hugging et Homogène, diffèrent principalement par la morphologie et la vitesse de propagation des PAPS qui leur sont associés. Chacun de ces modes présentent donc des caractéristiques qui leur sont propres mais certaines propriétés de propagation leur sont communes, telles que la possibilité de division ou de réunion de PAPS, ainsi que du transfert de PAPS à travers une barrière diélectrique ou via un capillaire métallique creux. L'étude de la plume plasma, propagation des PAPS dans l'air ambiant, a souligné l'importance de la longueur des capillaires sur la longueur du jet plasma. De plus, la génération du plasma a une très forte influence sur l'écoulement du gaz et la structuration du jet lors de son expansion dans l'air.
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L'intérêt croissant susciter par les applications biomédicales des plasmas non thermiques, inspire le développement de nouvelles sources plasmas. Les décharges à barrière diélectrique (DBD) ou les décharges couronne générées dans l'air ambiant ou dans le flux de gaz rare sont généralement utilisées. Production des plasmas directement dans un liquide a un grand potentiel pour les processus de stérilisation des substances liquides et pour le traitement extracorporel du sang. Les mécanismes physiques de formation d'une décharge électrique dans un milieu liquide ne sont toujours pas entièrement compris .La première partie de cette thèse examine le sujet de l'initiation et le développement de décharge nanoseconde dans les diélectriques liquides (eau déminéralisée, éthanol et n-pentane). La visualisation ombroscopique résolue en temps, la spectroscopie optique d'émission et les mesures électrique sont appliqués à l'étude d'une décharge électrique initiée sur une électrode à pointe positive.Nous avons montré que, selon l'amplitude de tension trois scénarios différents peuvent se produire dans des diélectriques polaires, notamment, la cavitation d'une bulle, le développement de décharge dans une cavité gazeuse (le mode 'buisson') et l'initiation de la décharge filamentaire (le mode 'arborescent') se propageant directement dans le liquide. La différence dans la formation et la propagation de deux modes de la décharge ('buisson' et 'arbre') révèle les mécanismes physiques étant très distincts.Dans la deuxième partie de ce travail, nous abordons la question d'interaction entre les plasmas froids atmosphériques avec les cellules vivantes in vitro et in vivo. L'étude porte sur le mécanisme de la mort cellulaire induite par le plasma. Cytométrie de flux avec deux marqueurs AnnexinV (AV) et de l'iodure de propidium (PI) a été appliquée pour l'analyse de la viabilité cellulaire. On montre l'induction de l' apoptose dans les cellules de T lymphocyte humain (Jurkat) et dans les cellules épithéliales (HMEC) traités par le plasma de DBD nanoseconde. Dans les souris nudes l'induction de l'apoptose et de la nécrose en fonction de la dose est observé par la microscopie électronique dans les coupes de l'épiderme. L'analyse histologique montre l'apparition des lésions importantes dans l'épiderme , derme, hypoderme et les muscles en fonction de la durée du traitement. Production de peroxyde d'hydrogène dans le milieu de culture (PBS) exposé au plasma de DBD est mesurée à l'aide d'une sonde fluorescente sélective (Amplex® Red). La viabilité des cellules de la thyroïde humaines ( HTori -3) et des cellules de mélanome (1205Lu) cellules démontre la dépendance nonmonotone de la concentration de H2O2. Le rôle majeur du peroxyde d'hydrogène produit par plasma et du champ électrique de la DBD est suggéré.
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La Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) employée ici consiste en une décharge électrique établie dans l’air à pression atmosphérique à la surface d’un isolant. Cette décharge ionise l’air ambiant environnant, et les espèces chargées générées soumises à la force de Coulomb induisent, par transfert de quantité de mouvement, un écoulement appelé vent électrique. Récemment, la capacité de ce type de dispositif à contrôler un écoulement subsonique autour de profils aérodynamiques a été mise en évidence. La DBD employée dans ce sens est appelée actionneur plasma. Ces actionneurs peuvent modifier les écoulements de couche limite en proche paroi par l’intermédiaire du vent électrique. Le but de la thèse est d’améliorer les performances aérodynamiques d’une aile, soit en augmentant sa portance, soit en réduisant sa traînée ou bien encore en retardant le décrochage du profil. Le travail réalisé se divise en deux grandes parties. La première partie a consisté à développer puis optimiser une décharge à barrière diélectrique afin de mieux comprendre son fonctionnement. Pour cela, une étude paramétrique a été effectuée, en faisant varier les grandeurs électriques, physiques et géométriques. Des mesures électriques et mécaniques ont été réalisées, puis des grandeurs électromécaniques comme le rendement par exemple ont été estimées et comparées. Ces différentes études ont permis de définir un ensemble de paramètres permettant d’obtenir une DBD optimum en termes de génération de vent électrique et de fiabilité. La seconde partie a consisté à intégrer l’actionneur plasma optimisé sur un profil symétrique NACA 0015, et de tester son efficacité dans un écoulement d’air allant jusqu’à 40 m/s. Pour cela, des mesures Particle Image Velocimetry (PIV) de l’écoulement autour du profil et des pesées aérodynamiques ont été réalisées sans, puis avec contrôle. L’influence de différents paramètres (fréquence et intensité de l’excitation, mode en fonctionnement) a été étudiée. Il a été mis en évidence une modification de l’écoulement sous les effets du contrôle qui favorise soit le processus de recollement de la couche limite ou soit le décollement. L’efficacité des actions continue et instationnaire de l’actionneur a été comparée. Modulée par une fréquence adimensionnelle F+, le mode instationnaire présente des résultats équivalent voire supérieur au mode continu tout en réduisant la consommation spécifique de la DBD.
Author: Lucille Alexia Samard
Author: Lucille Alexia Samard
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