Plasmas: Microjets à Pression Atmosphérique – PAMPA

Le projet PAMPA est dédié à l'étude des microjets de plasma et à leurs applications potentielles dans des domaines correspondant à des préoccupations majeures de la société: le développement de nouvelles techniques biomédicales, et le nettoyage des interstices des parois du réacteur ITER. A l'heure actuelle, les recherches sur les microjets de plasma sont peu développées en France alors que des programmes coordonnés d'ampleur nationale sont en cours d'implantation dans tous les pays ayant des politiques de recherche volontaristes. Les compétences existent pourtant dans ce domaine, et la France pourrait jouer un rôle majeur sur cette thématique en développement rapide, pour autant qu'un projet ambitieux puisse être mené. L'objectif du projet PAMPA est de comprendre les mécanismes physiques sous-tendant la production des microjets de plasma, et d'identifier les processus permettant d'optimiser leurs propriétés en relation avec les deux applications mentionnées ci-dessus.
Pour sa réalisation, le projet PAMPA est divisé en trois parties correspondant à quatre taches techniques différentes.
1) Montages des microjets, diagnostics et modélisation de la décharge principale (tache 2)
Les résultats publiés montrent (à une exception près) que la génération des microjets est précédée par un claquage entre les électrodes de la décharge principale, que le champ électrique soit axial ou radial. La première étape du projet PAMPA consiste donc en l'étude des conditions de décharge favorisant l'apparition des microjets de plasma. Nous cherchons à déterminer si, en fonction des géométries et des conditions d'excitation, les processus déclenchant ont une nature unique ou s'ils sont système-dépendants. Les études spatio-temporelles de la propagation des microjets sont principalement effectuées au GREMI au moyen de techniques d'imagerie ultra-rapide (tache 3). L'analyse des propriétés physiques du plasma est réalisée, tant au LPGP qu'au LSP, par spectroscopie d'émission et d'absorption, ainsi que via des techniques laser hautement performantes (tache 4). La modélisation de la décharge est effectuée par le LAPLACE, qui a également en charge la mise au point de microjets de plasma excités par décharge RF.
2) Développement, propagation (tache 3) et propriétés des microjets de plasma (tache 4)
Les mécanismes physiques contrôlant la propagation des microjets de plasma restent à élucider. En particulier, un phénomène très mal compris est la production de balles de plasmas dans certaines conditions d'excitation impulsionnelle. Un modèle simple basée sur une analogie entre balles de plasma et têtes de streamer a été proposé, mais de nombreuses expériences et études théoriques restent à faire pour le valider et le compléter. Ceci est fait dans le cadre de PAMPA par des études couplées d'imagerie ultra-rapide, de spectroscopie résolue en temps et en espace, et de modélisation bi-dimentionnelle. Le rôle du flux de gaz est également étudié, et les processus de mélanges entre le flux de gaz porteur et l'air ambiant sont caractérisés. Pour cela, les études expérimentales sont complétées par le développement d'un modèle numérique basé sur la résolution de l'équation de Navier-Stoke. Les prédictions du modèle sont systématiquement confrontées aux résultats expérimentaux.
3) Applications des microjets de plasma (tache 5)
Bien que la motivation principale du projet PAMPA soit la compréhension des mécanismes physiques déterminant la génération, la topologie et la propagation des microjets de plasma, une partie du projet est consacrée à l'étude de leur potentialités d'applications dans deux domaines dont l'importance est unanimement reconnue: le biomédical et le nettoyage des interstices entre les tuiles de protection du réacteur ITER.