Design et réalisation d'un réacteur plasma à pression atmosphérique pour des traitements de surfaces dans le domaine des biomatériaux PDF Download
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Author: Christian Sarra-Bournet Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 137
Book Description
Au cours de ce projet, un réacteur plasma à pression atmosphérique a été conçu et réalisé. Le réacteur a été réalisé de manière à optimiser et contrôler les paramètres expérimentaux (puissance, fréquence, choix et flux des gaz) et permettre le traitement de surface de polymères. Pour comparer avec la technologie basse pression existante, des modifications de surface sur le poly(tétrafluoroethylène) (PTFE) ont été effectués dans différentes atmosphères (NH3, mélanges N2 + H2 et N2 + NH3) avec soit une décharge plasma radiofréquence basse pression (RFGD), une FDBD et une DLBD. Les modifications de surfaces créées ont été étudiées et comparées à l'aide de différentes techniques d'analyse de surface. La fonctionnalisation de surface obtenue avec le réacteur plasma à pression atmosphérique semble être une méthode efficace, peu coûteuse pour la création de modification de surface uniforme de groupements amines qui peuvent subséquemment être utilisés pour greffer diverses fonctionnalités chimiques pouvant être utilisées pour améliorer la biocompatibilité des matériaux.
Author: Christian Sarra-Bournet Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 137
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Au cours de ce projet, un réacteur plasma à pression atmosphérique a été conçu et réalisé. Le réacteur a été réalisé de manière à optimiser et contrôler les paramètres expérimentaux (puissance, fréquence, choix et flux des gaz) et permettre le traitement de surface de polymères. Pour comparer avec la technologie basse pression existante, des modifications de surface sur le poly(tétrafluoroethylène) (PTFE) ont été effectués dans différentes atmosphères (NH3, mélanges N2 + H2 et N2 + NH3) avec soit une décharge plasma radiofréquence basse pression (RFGD), une FDBD et une DLBD. Les modifications de surfaces créées ont été étudiées et comparées à l'aide de différentes techniques d'analyse de surface. La fonctionnalisation de surface obtenue avec le réacteur plasma à pression atmosphérique semble être une méthode efficace, peu coûteuse pour la création de modification de surface uniforme de groupements amines qui peuvent subséquemment être utilisés pour greffer diverses fonctionnalités chimiques pouvant être utilisées pour améliorer la biocompatibilité des matériaux.
Book Description
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: Linda Oukacine Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'objectif de l'étude est de concevoir un réacteur plasma appliqué au traitement d'air pollué, impliquant une décharge à barrière diélectrique de surface (SDBD) à pression atmosphérique. Le système peut aussi associer un système SDBD avec une décharge à barrière diélectrique de volume (VDBD). Le propène est choisi comme polluant représentatif des COV (Composés organiques volatils) ...
Author: Nicolas Mericam bourdet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Ce travail s'inscrit dans le processus de développement d'un dispositif de traitement de composés organiques volatils (COV) par plasma non-thermique. L'application industrielle des dispositifs de dépollution par plasma froid se heurte à deux limitations majeures que sont une consommation énergétique importante et la formation de sous-produits. Deux axes d'amélioration de l'efficacité énergétique du procédé à décharges sur barrière diélectrique sont explorés dans ce travail de thèse : le mode de dépôt d'énergie dans la décharge et le couplage du réacteur plasma avec un dispositif catalytique. Concernant le premier axe, l'étude a montré que dans le cas des réacteurs DBD étudiés, le paramètre gouvernant la réactivité chimique du plasma à pression atmosphérique était la densité d'énergie, qu'il s'agisse de production d'ozone ou d'élimination d'un COV de la phase gazeuse. L'étude chimique des sous-produits de dégradation par décharge a été conduite pour trois molécules cibles : l'éthanol, l'acétone et la méthyléthylcétone. Dans le cas de l'éthanol, un schéma cinétique 0D est proposé, montrant l'importance de la dissociation dans les mécanismes de dégradation du COV. Pour le second axe exploré, le réacteur plasma a été couplé à un catalyseur. Deux formulations de catalyseurs ont été utilisées, avec et sans métaux précieux. Dans les deux cas, l'activation du catalyseur à basse température par couplage avec le réacteur plasma est démontrée. La dernière partie de l'étude présente les résultats obtenus sur un réacteur plasma à échelle pilote visant à estimer l'impact de l'augmentation des capacités de traitement d'un réacteur DBD sur l'efficacité énergétique du procédé.
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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.
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Cette thèse concerne l’étude expérimentale des décharges couronne positives à la pression atmosphérique générées dans un réacteur de laboratoire de type pointe – plan alimenté en régime de tension continue et pulsée. La nature et les caractéristiques de la décharge couronne, notamment dans son régime de « breakdown streamer », sont étudiées en fonction du régime et de l’amplitude de l’alimentation de tension, du rayon de courbure de la pointe, de la distance inter – électrodes ou encore de la composition du mélange gazeux en faisant varier les proportions de N2, de O2 et de CO2. La dynamique et la morphologie des ondes d’ionisation sont finement étudiées à l’aide de diagnostics d’imagerie rapide (ICCD Streak caméras) et de mesures instantanées de courant et de tension (oscilloscope rapide) sur des échelles de temps de quelques centaines de nanosecondes. Les dimensions du réacteur ont été adaptées à la capacité des modèles à le simuler et les premiers résultats de comparaison des courbes instantanées de courant issues des modèles et de l’expérience sont présentés dans le but ultérieure d’estimer la nature et la densité des radicaux formés durant la phase de décharge d’un réacteur de dépollution par décharge couronne.
Author: Sébastien Robert Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 297
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LA CONCEPTION D'UN REACTEUR DYNAMIQUE DE DEPOLLUTION A L'AIDE D'UNE MOLECULE MODELE PAR PROCEDE PLASMA HORS EQUILIBRE A PRESSION ATMOSPHERIQUE A ETE L'OBJECTIF DE NOTRE TRAVAIL, EN CONSIDERANT LE ROLE DE L'OXYGENE COMME L'ETAPE CLE DE NOTRE DEMONSTRATION. LA QUALIFICATION DES PHENOMENES PHYSIQUES, HYDRODYNAMIQUES ET REACTIONNELS, QUI S'ETABLISSENT CONJOINTEMENT DANS LE REACTEUR A DECHARGES IMPULSIONNELLES, CONSTITUENT LES DIFFERENTS POINTS QUE NOUS AVONS DEVELOPPES LORS DE CETTE ETUDE. L'ETUDE A DEBUTE PAR LA CARACTERISATION HYDRODYNAMIQUE DU REACTEUR POINTE - PLAN PAR ANEMOMETRIE LASER DOPPLER, NOTAMMENT DES PHENOMENES D'ECOULEMENT ET DE RECYCLAGE. EN LES RELIANT AUX CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LE SEQUENCAGE DE L'ECOULEMENT D'UN POINT DE VUE TEMPOREL. DANS UN DEUXIEME TEMPS, L'ACETALDEHYDE CH 3CHO A ETE EMPLOYE COMME MOLECULE MODELE EN PRESENCE D'AIR, AFIN D'EFFECTUER LA CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DU REACTEUR PLASMA PAR LA TECHNIQUE GC/MS. LA VALIDATION D'UN BILAN MATIERE PRECIS A ETE OBTENUE EN CONSIDERANT LES REACTIONS EN PHASE HOMOGENE ET EN PHASE HETEROGENE, AINSI QUE LES ESPECES FORMEES NOTAMMENT LES R-NO X. LA NATURE DES PRODUITS FORMES A SOULIGNE LE ROLE DE L'OXYGENE DANS LES PROCESSUS D'OXYDATION ET D'ATTAQUE DE LA MOLECULE D'ACETALDEHYDE. AFIN D'ELUCIDER LES MECANISMES REACTIONNELS EN PHASE HOMOGENE, NOUS AVONS EU RECOURS A LA TECHNIQUE DE MARQUAGE ISOTOPIQUE A L'OXYGENE 1 8O ET AU DEUTERIUM. LES ECHANGES D'ATOMES D'OXYGENE ET LEUR REPARTITION DANS LES PRODUITS ONT DEMONTRE LE ROLE DES RADICAUX OXYGENES (OH ,̱ CO ,̱ O )̱ TANDIS QUE LE DEUTERIUM A PERMIS DE SOULIGNER LA PREPONDERANCE DE LA FONCTION METHYLE. ENFIN, A PARTIR DE LA DIVERSITE DES MOLECULES OBTENUES PAR TRAITEMENT PLASMA, LA MODELISATION STATIQUE THERMODYNAMIQUE ET CINETIQUE A PERMIS D'APPREHENDER LES COMPOSITIONS ET LE TEMPS DE SEJOUR NECESSAIRE A L'OBTENTION D'ESPECES STABLES ALORS QUE LE CODE DE CALCUL DYNAMIQUE FLUENT A CONFIRME L'ECOULEMENT OBSERVE.
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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.
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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: Christian Sarra-Bournet
Author: Christian Sarra-Bournet
Author: Emmanouïl Panousis
Author: Linda Oukacine
Author: 
Author: Nicolas Mericam bourdet
Author: Reza Jafari Aminabadi
Author: Diane Dubois
Author: Sébastien Robert
Author: KOLOTTIKI.. COULIBALY
Author: Claire Douat