– SIMPAS

Ce projet a pour objectif la réalisation et la caractérisation de microréacteurs plasma intégrés dans le silicium. Ces microdispositifs pourront, a posteriori, être utilisés soit pour les technologies MEMS (ex : micro capteurs, lab on chip, micro Total Analysis Systems?), en étant associés aux techniques de microfluidiques et de microélectroniques, soit en tant que réacteur de procédé macroscopique à condition de pouvoir faire fonctionner des centaines de microplasmas en parallèle. Deux types de démonstrateurs (prototypes A et B) sont proposés dans ce projet. Ils seront réalisés en utilisant les équipements de salles blanches du réseau RTB (principalement la plateforme Minerve de l'IEF à Orsay et/ou celle du LPN à Marcoussis). Les deux prototypes correspondent à des microplasmas de type MHCD (Micro Hollow Cathode Discharges). Les MHCDs sont des plasmas non thermiques, hors équilibre, qui ont la particularité exceptionnelle de pouvoir fonctionner en régime de courant continu à pression atmosphérique ou au-delà. Le premier des deux prototypes que nous proposons de réaliser ne sera pas débouchant. Il ne sera donc pas possible de faire passer un gaz en écoulement à l'intérieur. Pour ce prototype, différentes puces contenant des microréacteurs de plusieurs diamètres et ayant diverses configurations géométriques seront réalisées sur une même plaquette de silicium. De cette manière, il sera possible de tester les limites de ces microdispositifs en termes de puissance maximale injectée, du nombre de microréacteurs fonctionnant en parallèle et du diamètre de ces microréacteurs. Le second prototype sera constitué de trous débouchant, si bien qu'il sera possible de travailler en écoulement. La partie gravure profonde du silicium qui permettra la réalisation des microcavités sera réalisée en utilisant une technique de gravure cryogénique plasma mise au point au GREMI. La caractérisation optique et électrique de ces prototypes sera menée au GREMI. Un dispositif expérimental d?ores et déjà partiellement installé au GREMI est prévu pour tester le fonctionnement et les performances des microréacteurs. Différents diagnostics (spectroscopie optique, imagerie résolue spatialement et temporellement, diagnostics électriques,...) seront utilisés pour la caractérisation. La puissance maximale injectée et le nombre maximum de microplasmas fonctionnant simultanément sans ballast individuel seront testés en utilisant ce dispositif. Le vieillissement des microréacteurs sera étudié en utilisant des instruments d?observation de type MEB ou microscope optique disponibles au laboratoire. Différents gaz seront testés (gaz rares et gaz moléculaires). Une partie du projet aura pour objectif de tester les deux types de prototypes pour convertir des composés organiques volatils. Cette activité de recherche est déjà en cours au laboratoire, mais utilise des réacteurs à décharge à barrière diélectrique et à arc glissant. Les MHCD pouvant fonctionner en courant continu offrent une perspective intéressante de réacteurs de traitement de gaz si l?on est capable de faire fonctionner des centaines de microplasmas en parallèles pour traiter les gaz à l?échelle macroscopique. En parallèle de cette partie expérimentale, un travail de modélisation sera mené en collaboration avec le laboratoire LAPLACE à Toulouse qui possède un code performant pour simuler les MHCDs. Ce projet sera mené par une équipe de quatre permanents (deux enseignants chercheurs, un ingénieur de recherches et un assistant ingénieur) dont les compétences complémentaires doivent permettre de faire aboutir le projet. Deux post-docs (durée de 1 an chacun) et un doctorant complèteront l?équipe de recherche. L?ambition de ce projet est de mettre en place et de développer une nouvelle thématique à la frontière des microtechnologies MEMS et de la physique des plasmas de procédé.