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Invernizzi, Laurent. Développement, caractérisation et optimisation d'une source plasma pour le traitement de liquides

Invernizzi, Laurent (2019). Développement, caractérisation et optimisation d'une source plasma pour le traitement de liquides.

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Résumé en francais

Depuis quelques dizaines d'années, un intérêt grandissant dans la caractérisation et l'optimisation des jets de plasma à pression atmosphérique a vu le jour grâce à la variété d'applications possibles. L'une d'entre elle concerne la décontamination de liquides contenant des polluants. En effet, le plasma est capable de créer des agents oxydants tels que des espèces réactives de l'oxygène et de l'azote (RONS), des champs électriques, des radiations UV/VUV et des espèces chargées. En particulier, la variété et le nombre de RONS qui sont créés et déposés en phase liquide sont deux paramètres clés dont la compréhension et l'optimisation sont fondamentales pour pouvoir développer une source plasma efficace en terme de décontamination de liquides. La création de RONS est possible par une cascade de transferts d'énergie entre les espèces issues du plasma, l'air qui les entourent et la cible liquide placée en contact avec le jet de plasma. Il est donc nécessaire d'étudier les espèces qui donnent naissance aux RONS, à savoir les atomes d'hélium métastable He(23S). Ces espèces ont la particularité de posséder une énergie relativement conséquente (19.8 eV), en plus de pouvoir la conserver pendant plusieurs dizaines de nanosecondes dans le cas où un mélange He + 0.2% O2 est utilisé. La collision entre ces métastables et les espèces de l'air est à l'origine de la création d'espèces réactives en phase gazeuse qui se déposent ensuite en phase liquide, permettant de réduire voire de détruire le polluant présent dans l'eau. Dans ce travail, l'étude est séparée en trois parties : le plasma, le liquide et l'efficacité biocide du jet de plasma. Dans ce travail de thèse, l'étude de l'influence de la géométrie de la source, du débit ou encore du mélange gazeux sur la quantité des atomes d'hélium métastable dans le jet de plasma est réalisée par spectroscopie d'absorption laser lors de son interaction avec une cible liquide. L'utilisation de l'inversion d'Abel permet de déterminer la densité et la durée de vie de ces espèces localement dans le jet de plasma. La spectroscopie d'émission optique est utilisée pour obtenir une cartographie de toutes les espèces excitées entre 200 et 1000 nm présentes dans le jet. Ces espèces en phase gazeuse sont également étudiées grâce à l'utilisation d'une caméra intensifiée permettant de suivre l'évolution spatio-temporelle du jet de plasma au cours de sa propagation dans l'air jusqu'à son contact avec le liquide. L'optimisation de la production des atomes d'hélium métastable et des espèces excitées est notamment réalisée en utilisant une source asymétrique dont l'électrode de masse a une surface supérieure à celle d'une source plus conventionnelle ou symétrique. Les quantités des principaux RONS tels que les peroxydes d'hydrogène, les nitrites et les nitrates ont été mesurées afin de mieux comprendre les causes de la disparition des polluants de l'eau telle que le bleu de méthylène, considéré dans cette étude comme un modèle de molécule complexe. Les rôles combinés du pH acide et des espèces à courtes durée de vie semblent représenter le point central expliquant la dégradation du bleu de méthylène. L'étude de l'efficacité biocide du plasma vient compléter ce travail en étudiant le comportement des bactéries (E. coli K12) en phase liquide après leur traitement par plasma, révélant ainsi une réponse enzymatique particulière tendant à contrer les agents oxydants apportés par le plasma. L'une de ces réponses consiste à faire entrer les bactéries dans un état viable mais non cultivable, les rendant temporairement très résistantes face au traitement par le jet de plasma.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Guillot, Philippe
Sainct, Florent
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire Diagnostic des Plasmas Hors Equilibre (DPHE), EA 4562
Mots-clés libres :Jet de plasma - Interaction plasma-liquide - Décharge impulsionnelle - Atomes d'hélium métastable - Espèces réactives de l'oxygène et de l'azote - Décontamination de liquide
Sujets :Physique
Déposé le :07 Jul 2020 16:08