Décharges à microcathode creuse pour production de micro-plasmas réactifs à haute pression – MicroPlasRé

Le projet proposé vise à utiliser les plasmas à pression atmosphérique hors équilibre thermodynamique créés dans des micro-décharges pour produire des flux importants de radicaux et de métastables. Dans les plasma hors équilibre la chimie est principalement contrôlée par les électrons énergétiques. Les micro-décharges ou micro-plasmas se réfèrent à des plasmas créés dans des structures géométriques particulières, de petite taille (quelques 100 mm), aptes à fonctionner de manière stable à pression quasi-atmosphérique et pouvant supporter des densités de puissance électrique injectée élevées (~100 kW/cm3). Cette propriété unique explique l'intérêt considérable qui commence à se porter à ces micro-décharges. En effet à pression atmosphérique, les autres types de décharges sont le siège d'instabilités qui dégénèrent rapidement en régime d'arc par suite d'un échauffement local du gaz. Contrairement aux autres types de décharge, tels que les décharges à barrière diélectrique dans lesquelles le passage à l'arc est entravé par effet capacitif, les micro-décharges permettent d'obtenir à pression atmosphérique des plasmas stables avec des tensions relativement faibles (quelques centaines de volts), ce qui permet de déposer des densités de puissance très élevées de façon contrôlée et de produire des concentrations élevées d'espèces actives.D'un point de vue fondamental, l'étude de ces micro-décharges hors-équilibre ouvre un nouveau champ de recherche en physique des plasmas. Du point de vue des applications, ces micro-plasmas à pression élevée peuvent permettre le développement de micro-réacteurs permettant un contrôle local de réactions chimiques, ce qui laisse entrevoir de nouvelles potentialités très prometteuses. Les études sur ces micro-plasmas en sont à leur début, et les recherches se développent activement tant aux Etats-Unis qu'au Japon. Les trois équipes qui se joignent dans ce projet sont les seules travaillant en France sur ce sujet, et espèrent, grâce à la conjugaison de leurs efforts et la synergie de leurs savoirs-faire, parvenir à des avancées rapides dans ce nouveau champ de recherche.Les applications plus particulièrement visées dans ce projet sont la production de densités importantes d'états métastables de l'oxygène (0.98 eV), requises pour le développement de lasers infra-rouge de très grande énergie (laser O2/I2), et de radicaux oxydants (O, OH, O3) utilisables dans la lutte contre les polluants atmosphériques. Au delà de ces premières applications concrètes, nos objectifs sont plus vastes: par un couplage étroit entre études expérimentales et modélisation, nous chercherons à déterminer les moyens de contrôler la stabilité de ces micro-décharges et d'ajuster les propriétés des plasmas créés en travaillant sur des géométries complexes et sur les formes de tension appliquées au micro-réacteur (en particulier en utilisant un mode mixte DC/impulsionnel) de façon à optimiser la production des espèces actives.