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Kais, Abderrahmane. Développement, caractérisation et optimisation d'une source plasma pour le traitement biologique dans le domaine agroalimentaire

Kais, Abderrahmane (2019). Développement, caractérisation et optimisation d'une source plasma pour le traitement biologique dans le domaine agroalimentaire.

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Résumé en francais

Les intoxications d'origine alimentaire englobent un large éventail de maladies et constituent un problème de santé publique croissant dans le monde entier. Actuellement, les méthodes de décontamination basées sur la haute température, les radiations ou les agents chimiques sont utilisées pour limiter le nombre de foyers de maladies d'origine alimentaire. Cependant, il a été démontré que ces méthodes peuvent altérer les propriétés organoleptiques de l'aliment, causer une pollution de l'environnement ou induire des risques sanitaires. Récemment, des recherches ont démontré la capacité du plasma froid à inactiver les microorganismes. Dans ce travail de thèse, une source plasma micro-onde à structure coaxiale fonctionnant à basse pression est étudiée puis utilisée pour de la décontamination biologique. Dans un premier temps, une étude paramétrique de la source a été menée dans trois gaz : l'argon, l'ArO2 et l'air synthétique. Les variations des grandeurs caractéristiques du plasma, telles que la température électronique, la densité électronique et la fonction de distribution en énergie des électrons ont été évaluées dans différentes conditions opératoires. Les modes de chauffage électronique correspondant à un plasma sous-dense et à un plasma sur-dense ont été observés et commentés. Les profils radiaux de la densité électronique ont montré les modes de diffusion électronique de nos plasmas. Au voisinage de l'axe azimutal de la source, le mode de diffusion ambipolaire s'est révélé être le phénomène majoritaire. Un mode de transition entre le mode ambipolaire et la diffusion libre a été observé sur une large distance radiale entre l'axe de la source et la paroi du réacteur. Au plus près des parois, l'écart à la neutralité laisse place à la domination de la diffusion libre. Pour compléter cette étude, des méthodes de diagnostic ont été également développées et appliquées aux plasmas étudiés. Les tracés de Boltzmann (conventionnel et modifié) ont permis de déterminer la température d'excitation et la température électronique. Les résultats montrent de bonnes concordances avec nos mesures, obtenues par sonde de Langmuir. Une méthode calorimétrique basée sur l'exploitation de la variation temporelle de la température a permis de retrouver la puissance fournie par le plasma à un endroit donné du réacteur. Les différentes contributions liées aux énergies de bombardements électronique et ionique, à la recombinaison électron-ion et à l'énergie dégagée par les processus d'association à la surface ont été également estimées. La dernière partie de la thèse est consacrée à l'étude du potentiel biocide de la source pour la décontamination des épices. Pour cela des grains de poivre noir (Piper nigrum) du commerce ont été utilisés pour évaluer les effets du plasma sur la flore mésophile aérobie totale (FMAT) en fonction de différentes conditions de travail (puissance, gaz et temps d'exposition). Cette étude préliminaire a permis de déterminer les conditions optimales de décontamination. En parallèle, une étude concernant les effets du plasma sur les propriétés physico-chimiques du poivre a été conduite. L'effet de la morphologie du substrat sur les mécanismes de la décontamination a été étudié. Enfin des expériences permettant d'évaluer le rôle du rayonnement UV et celui des espèces réactives dans le processus de décontamination ont été réalisées.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Guillot, Philippe
Thérèse, Laurent
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire Diagnostic des Plasmas Hors Equilibre (DPHE), EA 4562
Mots-clés libres :Décontamination par plasma - Plasma micro-onde - Agroalimentaire - Diagnostics plasma
Sujets :Physique
Déposé le :28 Feb 2020 16:55