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Plasmas pour l’environnement
Les applications des plasmas froids à l’environnement sont très nombreuses.
Au LPP, des travaux de recherche sont menés sur les sujets suivants :
Physique des ondes d’ionisation
Les plasmas à pression atmosphérique sont la plupart du temps filamentaires. Ces filaments correspondent à des phénomènes transitoires qui se propagent sur quelques millimètres en quelques nanosecondes et ont des diamètres de l’ordre de la centaine de micromètres. Les "plasma jets" sont des décharges à pression atmosphérique généralement dans l’hélium qui sont particulièrement bien adaptées à l’étude de la physique des ondes d’ionisation. Au LPP le développement d’une part de code fluide et d’autre part de diagnostic in situ et résolu en temps pour étudier l’interaction plasma jet/ surface permet d’avancer dans la compréhension de ces interactions complexes (voir page du projet).
L’interaction plasma/catalyseur
L’association plasma froid / catalyseur est un procédé très prometteur pour la dépollution et le traitement d’effluents gazeux. Pour rendre ces techniques viables, il faut non seulement optimiser la génération de plasmas filamentaires à pression atmosphérique mais également optimiser leur réactivité chimique en fonction des concentrations et des types de polluants visés. Le couplage avec des matériaux catalytiques est alors indispensable et nécessite de comprendre les interactions physiques et chimiques entre les filaments de plasma et les matériaux poreux, adsorbants, et réactifs.
La valorisation du CO2 (page du projet)
La diminution des émissions de CO2 est l’un des plus grands défis actuels. Par ailleurs, le développement à grande échelle des énergies renouvelable (éolien, photovoltaique) nécessite pouvoir stocker cette énergie électrique sous forme chimique afin de transporter cette énergie. Les plasma offre une solution crédible en étant alimenté par l’électricité d’énergie renouvelable, et en permettant de stocker cette énergie en convertissant le "déchet" CO2.
L’utilisation des plasmas froids pour activer la molécule de CO2 et permettre sa conversion en molécule à plus haute teneur énergétique est une solution très prometteuse. En effet l’énergie moyenne des électrons dans un plasma de gaz moléculaire favorise en premier lieu l’excitation vibrationelle des molécules qui dès lors constitue un formidable réservoir d’énergie. Le but de nos recherches est d’optimiser l’utilisation de cette excitation vibrationelle afin de déclencher des réactions chimiques pour un cout énergétique minimal.
La combustion assistée par plasma
Les plasmas dans l’eau
Les plasmas dans l’eau sont générés en appliquant une haute tension entre deux électrodes immergées dans un liquide. Ce plasma est filamentaire et présente une structure arborescente. Chaque filament de plasma dissocie les molécules d’eau sur son passage par impact électronique sous l’action de champ électriques intenses. Des radicaux chimiques extrêmement réactifs sont alors produits et détruisent les molécules polluantes et toxiques qui peuvent polluer le liquide. Les plasmas dans l’eau ont donc une application environnementale qu’il s’agit de comprendre et de quantifier pour en faire une alternative aux procédés purement chimiques traditionnellement moins propres et plus gourmands en énergie. La problématique physique est de comprendre comment un plasma naît en milieu liquide et comment il se propage à travers ce milieu dense. Pour ce faire des diagnostics d’imagerie rapide sont développés dans l’équipe plasmas froids pour observer la dynamique de la décharge.
Les microplasmas
L’étude des microplasmas a commencé à se développer au milieu des années 90 aux Etats-Unis, avant de connaître un essor considérable à partir des années 2000 tant sur le plan théorique qu’expérimental. Tout l’intérêt des microplasmas réside dans la possibilité de générer des plasmas à moyenne et haute pression avec des tensions de claquage faibles. Leurs applications sont nombreuses, parmi lesquelles le traitement de surface, les sources de lumière ou bien encore les micro-jets.
Il existe un grand nombre de configurations micro-décharges : au LPP, nous étudions les micro-hollow cathode (MHC). Pour générer un microplasma, nous utilisons un « sandwich » molybdène-alumine-molybdène percé avec des trous de diamètre compris entre 100 et 400 µm. En ajoutant une troisième électrode à environ un centimètre du sandwich, un plus large volume de plasma peut être crée. D’un point de vue expérimental, nous caractérisons la décharge électriquement, par chromatographie, par imagerie CCD, par spectroscopie d’émission et par CRDS. En parallèle, un simple modèle 1D permet de discuter les interprétations des résultats expérimentaux, en donnant entre autres, l’évolution radiale des concentrations des espèces présentes.
