Thèse Dispositif Novateur de Traitement de Larges Surfaces par Plasma Microonde H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Ondes et Matière
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas
Direction de la thèse : Olivier LEROY ORCID 0000000331307980
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

Les traitements de surface sont nécessaires pour de nombreuses applications. On peut vouloir traiter une surface pour la nettoyer, pour la chauffer, pour la détruire ou encore pour modifier ses propriétés de surface (adhésion par exemple). Pour se faire, les plasmas fonctionnant à la pression atmosphérique constituent un très bon outil, qui possède l'avantage d'agir sur des constantes de temps faibles et permet une action immédiate.
Ce projet de thèse propose de développer et d'étudier des dispositifs permettant du traitement de surface par un plasma généré par des micro-ondes (2.45 GHz) et fonctionnant à l'air à la pression atmosphérique. Parmi les sources existantes, on peut trouver la Torche à Injection Axiale, développée au LPGP, qui utilise l'énergie micro-onde et produit un jet de plasma composé d'un dard (zone énergétique très lumineuse) et d'un panache (qui s'apparente à une post-décharge), dont le diamètre est de l'ordre du millimètre et la hauteur de l'ordre de la dizaine de millimètres. Ce type de décharge a déjà été étudié à la fois expérimentalement et à l'aide de simulations numériques, et son action sur les surfaces a été validée au LPGP pour le nettoyage en continu de surfaces métalliques ou encore la destruction de mauvaises herbes. Même si un traitement en défilement est possible, sa limitation tient dans la faible surface pouvant être traitée de manière instantanée.
Le travail proposé comporte plusieurs étapes. D'abord on s'attachera à définir de nouvelles configurations, capables de générer non plus un jet unique mais soit des jets en série soit - mieux encore - des rideaux de plasmas, et ainsi de pouvoir traiter les plus grandes surfaces possibles. Ainsi, la modélisation numérique du couplage électromagnétique (avec l'outil CST MW Studio) sera employée afin de concevoir de nouveaux systèmes. Par la suite, le plasma sera caractérisé expérimentalement en fonction de paramètres géométriques et opérationnels (débit, puissance). On cherchera à quantifier la production de chaleur (température), de rayonnement (UV) et d'espèces actives (NOx, ozone...). Les actions thermiques, physico-chimiques et rayonnantes du plasma sur les surfaces traitées seront étudiées et optimisées dans le cadre de différentes applications, dont une application novatrice de désherbage par plasma. On visera par ailleurs à réduire au mieux la taille, le poids et également le coût de l'ensemble du dispositif.

Des sources capables de générer un jet de plasma et d'effectuer un traitement de surface existent déjà, comme la torche à injection axiale (TIA), mais même si un traitement en défilement est possible, leur limitation tient dans la faible surface pouvant être traitée de manière instantanée.

Définir de nouvelles configurations, capables de générer non plus un jet unique mais soit des jets en série soit - mieux encore - des rideaux de plasmas, et ainsi de pouvoir traiter les plus grandes surfaces possibles.

la modélisation numérique du couplage électromagnétique (avec l'outil CST MW Studio) sera employée afin de concevoir de nouveaux systèmes. Par la suite, le plasma sera caractérisé expérimentalement en fonction de paramètres géométriques et opérationnels (débit, puissance). On cherchera à quantifier la production de chaleur (température), de rayonnement (UV) et d'espèces actives (NOx, ozone...). Les actions thermiques, physico-chimiques et rayonnantes du plasma sur les surfaces traitées seront étudiées et optimisées dans le cadre de différentes applications, dont une application novatrice de désherbage par plasma. On visera par ailleurs à réduire au mieux la taille, le poids et également le coût de l'ensemble du dispositif.