Objectifs fondamentaux et applications

La formation de l’équipe, sous le nom DIP : Décharges Impulsionnelles de Puissance, remonte à la fin des années 80 lorsque le LPGP s’est engagé dans l’étude des lasers à excimère de puissance, en particulier XeCl (308 nm), sous la responsabilité de Vincent PUECH, fondateur de l’équipe et responsable scientifique jusqu’en 2008.

Les recherches ont ensuite été progressivement étendues à la commutation de fortes puissances (pseudo-sparks), à la dépollution d’effluents gazeux (de-NOx et de-COV), aux lasers HF/DF (3-4 µm), au traitement de surfaces métalliques (nettoyage et dépôt de couches minces), puis au déclenchement de la combustion, à la décontamination de surfaces par photons VUV, aux applications biologiques des plasmas (bio-médecine), et plus récemment à la détection ou la conversion/synthèse de molécules organiques, à la conception de nouveaux matériaux, en collaborations avec des partenaires académiques dans le cadre de projets financés par les grandes agences françaises (ANR, ADEME, etc…) et programmes de recherche nationaux (Plan Cancer, …), la région Ile-de-France (plateforme Diagplas), le CNRS et deux Labex de l’Université Paris-Saclay. L’équipe a été sous la responsabilité de Stéphane PASQUIERS de 2009 à 2023, et ses activités sont maintenant coordonnées par Joao SANTOS SOUSA.

La physique des décharges électriques impulsionnelles rapides (ns – µs) et la cinétique des plasmas générés par ces décharges constituent le socle des activités de l’équipe DIREBIO : dépôt d’énergie dans les plasmas (dans l’espace et le temps), production et transport d’espèces actives, corrélation entre dépôt d’énergie et production des espèces, réactivité en phase gaz, etc… L’équipe s’intéresse à la physique de ces décharges et à la cinétique des plasmas produits dans des gaz et des mélanges de gaz très variés (gaz rares et gaz moléculaires).

Les décharges étudiées et développées, ou mises en œuvre pour des applications spécifiques, sont de différents types : micro-décharges, décharges à barrière diélectrique pour « jets » de plasma ou d’autres sources d’espèces, décharges couronne diffuses nanoseconde, etc… De conception plus ancienne, une décharge pré-ionisée (photo-déclenchée) est utilisée pour des études fines de la cinétique moléculaire dans les mélanges de gaz.

Ces dernières années, et actuellement, les principaux sujets de recherche de l’équipe sont :

• La cinétique de conversion des hydrocarbures et des Composés Organiques Volatiles dans les mélanges de gaz atmosphériques, et dans différents types de plasma (homogène, diffus, filamentaire), avec surtout pour application la réduction des émissions polluantes (industrie, transports, …) et dans une moindre mesure le déclenchement de combustion;

• La physique et la réactivité des décharges impulsionnelles ultra-courtes (10 ns) à très haute tension (50 kV et plus), qui génèrent un plasma diffus dans l’air à pression atmosphérique;

• La physique des micro-décharges et des « jets de plasma », avec application à l’élaboration de nouveaux matériaux pour l’électronique, la conversion et la synthèse de molécules organiques, la bio-médecine;

• L’interaction des plasmas avec les liquides et la matière vivante (cellules, microorganismes), avec notamment pour application l’oncologie;

• L’interaction des plasmas avec les surfaces pour le développement de la spectrométrie de masse appliquée à la sécurité globale, la détection de molécules faiblement volatiles;

• Les plasmas de décharges RF ou DC pour l’optimisation de poudres métalliques dans le cadre de travaux sur la fabrication additive de pièces à géométrie complexe.