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Introduction aux Plasmas Froids
Les "plasmas froids" désignent tous les gaz ionisés où les électrons peuvent être chauffés à des dizaines de milliers de degrés Kelvin, mais le gaz environnant ainsi que les ions positifs restent à des températures proches de la température ambiante (bien qu’ils puissent tout de même atteindre des centaines de degrés). Étant donné que les électrons sont très légers, ils ne peuvent pas transférer leur "chaleur" aux particules plus lourdes. Cette situation, où des particules coexistantes ont des températures différentes, est appelée "équilibre non thermique."
Deux phénomènes découlent de cela et caractérisent les spécificités des plasmas froids :
- Les ions positifs peuvent être accélérés vers les parois des réacteurs ou d’autres surfaces, induisant une pulvérisation physique ou favorisant des processus chimiques.
- Les électrons peuvent transférer suffisamment d’énergie à des particules neutres pour les rendre chimiquement réactives, notamment par la dissociation moléculaire et l’excitation d’états énergétiques très courts ou (méta)stables.
Ces deux phénomènes, soit seuls, en combinaison, voire en synergie, créent une large gamme de processus physico-chimiques dans la phase gazeuse et sur les surfaces exposées au plasma.
L’équipe des plasmas basse température est dédiée à l’étude de la physico-chimie de ces environnements en équilibre non thermique, couvrant un spectre allant des études fondamentales de la physique atomique et moléculaire jusqu’au transfert technologique. Cette recherche implique des travaux expérimentaux basés sur des diagnostics optiques innovants et des travaux théoriques, une part importante étant consacrée aux simulations numériques de pointe. Cette interaction étroite entre la théorie et l’expérience est une pierre angulaire de l’équipe, générant de nombreuses publications parmi ses membres et abordant des questions fondamentales telles que le couplage entre le champ électromagnétique et le plasma, l’interaction plasma-surface et la réactivité chimique, le transport et les phénomènes d’accélération des particules, ainsi que le couplage plasma-flux, qui sont des points clés pour diverses applications.
Au laboratoire, ces plasmas sont générés par une source d’énergie électromagnétique externe à l’intérieur de réacteurs remplis de gaz. Le contrôle des paramètres externes tels que la pression et la composition du gaz, la géométrie du réacteur, et les caractéristiques de la puissance électrique (fréquence, forme d’impulsion, amplitude) permet de créer une large gamme de systèmes à étudier.
