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Dissertations / Theses on the topic 'Réacteur à décharge à barrière diélectrique (DBD)'
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Ye, Zhiping. "Plasma-catalytic processes with copper manganese oxide catalysts for the abatement of volatile organic compounds." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10219.
Full textAbstract:
Les rejets d’air chargé en composés organiques volatils (COVs) dans l'environnement contribuent à la formation d'ozone troposphérique, de smog photochimique, à l’augmentation de l'effet de serre et à la destruction de la couche d'ozone stratosphérique. De plus, pour la plupart, ceux-ci s’avèrent dangereux pour l’être humain. Les techniques de traitement par plasma non thermique (PNT) offrent d’intéressantes perspectives pour l'élimination de faibles concentrations de polluants dans l'air à des débits élevés. Cependant la formation indésirable de sous-produits entrave l’application industrielle d’un tel procédé. Par opposition, la combinaison du PNT avec un catalyseur sélectif (plasma-catalyse) peut être une alternative attractive. L’état actuel des connaissances concernant l’utilisation de catalyseurs à base d’oxydes de manganèse pour l’élimination du toluène en configuration post-plasma catalyse (PPC) a tout d’abord été abordée. La décomposition du toluène sous air humide étudiée à l'aide d'un réacteur cylindrique DBD (Barrier Dielectric Discharge) rempli de billes de verre, première étape avant l’intégration du catalyseur, a permis de clarifier le rôle de l’eau. Parallèlement l’oxydation totale du toluène a été étudiée sur des catalyseurs CuMnOx synthétisés par des voies de synthèse récentes. Ces mêmes catalyseurs ont finalement été intégrés en catalyse post-plasma (CPP) utilisant un réacteur pointe-plaque à décharge couronne en courant continu pour l’abattement du trichloroéthylène (TCE) en air humide. Pour chaque procédé d’abattement de COV utilisé, les avantages et inconvénients ont été tout particulièrement soulignés<br>Release of volatile organic compounds (VOCs) laden air into the environment contributes to the formation of tropospheric ozone, photochemical smog, enhancing the greenhouse effect and the destruction of the stratospheric ozone layer. Moreover, most of them are hazardous for human being. Non-thermal plasma techniques (NTPs) offer interesting perspectives for the removal of low concentrations of pollutants in air at high flow rates. However undesired by–product formation hinders its use in industrial applications. In contrast, the combination of NTP with a selective catalyst (plasma–catalysis) can be an attractive alternative. An overview of the present state of knowledge using MnOx based catalysts for toluene abatement in post-plasma catalysis (PPC) configuration is first of all herein given. Toluene decomposition in moist air with glass beads packed bed dielectric barrier discharge (DBD) cylindrical reactor alone, first step before combining it with a catalyst, has been studied and the role of water has been clarified. Concomitantly toluene total oxidation has been investigated on CuMnOx catalysts prepared by recent synthesis routes. These catalysts were finally integrated in a post-plasma catalysis PPC configuration using a 10-pin-to-plate negative DC corona discharge to be tested in trichloroethylene (TCE) abatement. For each process of VOC abatement used herein, the advantages and drawbacks have been particularly highlighted
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Ye, Zhiping. "Plasma-catalytic processes with copper manganese oxide catalysts for the abatement of volatile organic compounds." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10219.
Full textAbstract:
Les rejets d’air chargé en composés organiques volatils (COVs) dans l'environnement contribuent à la formation d'ozone troposphérique, de smog photochimique, à l’augmentation de l'effet de serre et à la destruction de la couche d'ozone stratosphérique. De plus, pour la plupart, ceux-ci s’avèrent dangereux pour l’être humain. Les techniques de traitement par plasma non thermique (PNT) offrent d’intéressantes perspectives pour l'élimination de faibles concentrations de polluants dans l'air à des débits élevés. Cependant la formation indésirable de sous-produits entrave l’application industrielle d’un tel procédé. Par opposition, la combinaison du PNT avec un catalyseur sélectif (plasma-catalyse) peut être une alternative attractive. L’état actuel des connaissances concernant l’utilisation de catalyseurs à base d’oxydes de manganèse pour l’élimination du toluène en configuration post-plasma catalyse (PPC) a tout d’abord été abordée. La décomposition du toluène sous air humide étudiée à l'aide d'un réacteur cylindrique DBD (Barrier Dielectric Discharge) rempli de billes de verre, première étape avant l’intégration du catalyseur, a permis de clarifier le rôle de l’eau. Parallèlement l’oxydation totale du toluène a été étudiée sur des catalyseurs CuMnOx synthétisés par des voies de synthèse récentes. Ces mêmes catalyseurs ont finalement été intégrés en catalyse post-plasma (CPP) utilisant un réacteur pointe-plaque à décharge couronne en courant continu pour l’abattement du trichloroéthylène (TCE) en air humide. Pour chaque procédé d’abattement de COV utilisé, les avantages et inconvénients ont été tout particulièrement soulignés<br>Release of volatile organic compounds (VOCs) laden air into the environment contributes to the formation of tropospheric ozone, photochemical smog, enhancing the greenhouse effect and the destruction of the stratospheric ozone layer. Moreover, most of them are hazardous for human being. Non-thermal plasma techniques (NTPs) offer interesting perspectives for the removal of low concentrations of pollutants in air at high flow rates. However undesired by–product formation hinders its use in industrial applications. In contrast, the combination of NTP with a selective catalyst (plasma–catalysis) can be an attractive alternative. An overview of the present state of knowledge using MnOx based catalysts for toluene abatement in post-plasma catalysis (PPC) configuration is first of all herein given. Toluene decomposition in moist air with glass beads packed bed dielectric barrier discharge (DBD) cylindrical reactor alone, first step before combining it with a catalyst, has been studied and the role of water has been clarified. Concomitantly toluene total oxidation has been investigated on CuMnOx catalysts prepared by recent synthesis routes. These catalysts were finally integrated in a post-plasma catalysis PPC configuration using a 10-pin-to-plate negative DC corona discharge to be tested in trichloroethylene (TCE) abatement. For each process of VOC abatement used herein, the advantages and drawbacks have been particularly highlighted
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Defoort, Étienne. "Écoulement électro-aérodynamique d'un aérosol de gouttelettes d'eau dans un réacteur de type pointe-plaque en vue de la récupération de composés chimiques." Thesis, Poitiers, 2020. http://www.theses.fr/2020POIT2278.
Full textAbstract:
Les décharges couronnes DC et les décharges à barrière diélectrique dans l’air à pression atmosphérique sont souvent utilisées en chimie car elles ont la capacité de produire des réactions chimiques hors-équilibre. Dans certaines conditions, elles peuvent générer un écoulement appelé « vent ionique ». Dans cette thèse, l’effet de l’injection d’un brouillard de gouttelettes d’eau micrométrique dans de tels plasmas est étudié, pour être appliqué à la récupération d’espèce chimique volatile in situ. L’objectif est donc d’étudier la mise en mouvement de l’aérosol par la décharge et sa précipitation sur la paroi d’un réacteur de type pointe-plan, à l’aide d’un dispositif de Vélocimétrie par Image de Particules (PIV) à haute fréquence (20 kHz). Dans un premier temps, la mise en mouvement de l’air par le phénomène de vent ionique est décrite, cet écoulement présentant des propriétés qui dépendent fortement du signal électrique alimentant la décharge (amplitude, fréquence, forme d’onde). Dans un second temps, l’effet du brouillard de gouttelettes d’eau sur la décharge ainsi que l’écoulement du brouillard dans l’espace inter-électrodes sont analysés. On a ainsi pu démontrer que le déplacement des particules était majoritairement dû au vent ionique, mais que le phénomène de précipitation électrostatique n’était pas négligeable, surtout à proximité de la plaque et dans les régions éloignées du centre du jet. Enfin, la quantité d’eau récupérée est évaluée pour différentes configurations de décharges électriques. L’application du procédé à la chimie n’a pu aboutir du fait de l’instabilité de la décharge dans un réacteur fermé à cause du film d’eau, non désiré, se formant sur les parois<br>DC corona discharges and dielectric barrier discharges (DBD) in air at atmospheric pressure are often used in chemistry due to their capacity to produce non-equilibrium chemical reactions. Under certain conditions, they can generate a flow called “ionic wind”. In this thesis, the effect of injecting a mist of water droplets into such plasmas is studied and applied for in situ volatile chemical species gathering. The objective is to study the motion of the aerosol induced by the discharge and its precipitation on the plate wall of a point-to-plate reactor, by means of a Particles Image Velocimetry (PIV) device at high frequency (20 kHz). First, the acceleration of air by the ionic wind phenomenon is described, this flow exhibiting properties that strongly depend on the electrical signal supplying the discharge (amplitude, frequency and waveform). Secondly, the impact of the water droplets mist on the discharge and the mist flow in the gap between electrodes are analyzed. We demonstrated that the particle movement was mainly due to ionic wind, but that the electrostatic precipitation phenomenon was not negligible, especially close to the plate and in the area far away from the jet axis. Lastly, the amount of water gathered in different discharge setups is evaluated. Applying the process to chemistry did not succeed because the discharge was unstable in a closed reactor due to the water film that takes place on the wall of the reactor
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Diop, Mame Andallah. "Alimentation sans transformateur pour dispositif de décharge à barrière diélectrique (DBD)." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30092/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur le développement d'une structure d'alimentation sans transformateur pour des décharges à barrière diélectrique (DBD). Une DBD est une charge permettant d'obtenir des plasmas froids à la pression atmosphérique. Ce dispositif est fortement capacitif et son alimentation doit délivrer plusieurs kilovolts pour allumer et entretenir la décharge. Cette haute tension est classiquement obtenue à l'aide d'un transformateur élévateur. Dans une première partie, nous montrons que les éléments parasites du transformateur impactent fortement le transfert d'énergie vers la décharge. C'est pourquoi dans une seconde partie, nous proposons une nouvelle topologie d'alimentation sans transformateur élévateur. Les caractéristiques fondamentales et le dimensionnement de notre alimentation sont obtenus par une analyse théorique. Dans cette topologie, les interrupteurs sont directement connectés à la DBD ; ils doivent donc supporter des tensions de plusieurs kilovolts. Il y a encore quelques années, il n'existait pas de semi-conducteur capable de supporter ce niveau de tension, à moins d'utiliser des interrupteurs fonctionnant à très basse fréquence. De récents progrès sur les matériaux semi-conducteurs ont permis d'élaborer des transistors et des diodes à base de carbure de silicium (SiC) capables de supporter des tensions allant jusqu'à 10 kV. Ce niveau de tension est tout à fait compatible avec la topologie d'alimentation proposée ici.Nous consacrerons la troisième partie du manuscrit à la mise en œuvre de notre convertisseur. Ce dernier, conçu à base de semi-conducteurs SiC, est fonctionnel et permet d'allumer une décharge. Cependant le fonctionnement initialement prévu est fortement affecté par la présence des capacités parasites notamment celles des interrupteurs. Nous détaillerons le rôle de chacune d'entre elles. Nous proposerons enfin des solutions permettant d'améliorer le transfert de puissance : mise en série de semi-conducteurs basses tensions, utilisation sur DBD de forte puissance<br>This thesis focuses on the development of a dielectric barrier discharge (DBD) transformerless power supply. A DBD can produce cold plasma at atmospheric pressure. This device is a capacitive load, which must be supplied by a high voltage alternative source. This high voltage is classically obtained by amplifying a low level voltage with a step up transformer. In the first part, we show that the parasitic elements of the transformer limit the power transfer to the DBD load. This is why, in a second part, we propose a new topology without step-up transformer. A theoretical study of the converter allows to size our power supply and to deduce the fundamental characteristics of the latter. In our topology, the power switches are directly connected to the high voltage. A few years ago, it was inconceivable to connect directly a transistor to a high level of voltage (5kV), unless using very low frequency switches. Recent progress on semiconductor devices led to the development of transistors and diodes based on silicon carbide (SiC), which are able to hold up to 10kV. This voltage level is compatible with our topology.In the third part, we focus on the realization of our transformerless power supply and its operation. Our power supply based on 10 kV SiC semiconductors can ignite the discharge; however the parasitic capacitance and particularly those of the switches affect the power transfer. The role of each one of them is analyzed in detail.In the last part we propose solutions to improve the power delivered by this supply: series connection of lower voltage switches, supplying a high power DBD
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Dubus, Nicolas. "Contribution à l'étude thermique d'un réacteur à décharge à barrière diélectrique." Poitiers, 2009. http://theses.univ-poitiers.fr/theses/2009/Dubus-Nicolas/2009-Dubus-Nicolas-These.pdf.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour objet l'étude thermique d'un réacteur à Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) de laboratoire. Une étude expérimentale a d'abord été réalisée afin de mesurer les températures en différents points du réacteur à l'aide de fibres optiques. Ces mesures ont été effectuées en régime transitoire et en régime stationnaire. Afin d'examiner l'influence des pertes thermiques, nous avons en outre considéré des réacteurs non isolés et des réacteurs isolés thermiquement. L'influence de la nature et de la forme des tensions appliquées a également été considérée. C'est ainsi que des expériences ont été menées avec une tension sinusoïdale et avec une alimentation pulsée qui permet une meilleure dynamique de dépôt de puissance. D'une manière générale, l'élévation de la température dans le réacteur est toujours de l'ordre de quelques dizaines de degrés. Cependant, un phénomène intéressant qui semble ne pas avoir été reporté par ailleurs a été mis en évidence. En effet un phénomène d'emballement thermique se produit dans certaines situations conduisant à une élévation de la température de plus de 150°C et ouvrant ainsi de nouvelles perspectives telles que l'association plasma/catalyse, puisque l'on atteint ici des niveaux de température suffisants pour enclencher le phénomène de catalyse. Différents modèles conductifs numériques et analytiques ont par ailleurs été développés. Les modèles analytiques simplifiés, qui ont été proposés, ont été validés et peuvent servir à mieux dimensionner les réacteurs à décharge à barrière diélectrique<br>This thesis aims to study the thermal behaviour of a laboratory Dielectric Barrier Discharge (DBD) reactor. An experimental study was first realized to measure temperatures at different points of the reactor by using optic fibres. These measurements were performed in transient and steady states. To examine the influence of heat losses , not insulated and insulated reactors were considered. The influence of the nature and the form of the applied voltage was else considered. Experiments were conducted with a sinusoidal voltage and a pulsed power supply
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Bonnin, Xavier. "Alimentation électrique des dispositifs de décharge à barrière diélectrique." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://oatao.univ-toulouse.fr/13645/1/bonnin.pdf.
Full textAbstract:
Les dispositifs DBD se répandent dans un grand nombre d’applications industrielles. Utilisés depuis plus de 150 ans pour la production d’ozone afin de décontaminer l’eau à grande échelle, ils ont depuis la fin du XXème siècle investi les domaines du traitement de surface polymère, du dépôt de couche mince sur substrat et de l’émission lumineuse pour la décontamination ainsi que la médecine. Ces dispositifs sont mis en oeuvre avec un générateur électrique dont les caractéristiques impactent fortement la qualité de la décharge. Ce travail s’inscrit en partie dans le cadre du développement d’une application de traitement de surface à pression atmosphérique. Il aborde la problématique de l’augmentation de la vitesse de dépôt de couche mince au travers des paramètres de l’alimentation électrique. Plus précisément, ce travail s’intéresse aux apports d’une alimentation en courant rectangulaire et aborde également les problématiques liées à la conception et à la fabrication de ce convertisseur. En particulier, une grande attention est portée sur l’étude du transformateur élévateur, car au travers de ses éléments parasites capacitifs, ce dernier peut limiter le transfert de puissance entre la source électrique et le dispositif DBD. Un deuxième aspect de cette étude consiste à entrevoir l’intérêt que revêtent deux convertisseurs statiques dédiés à l’alimentation de dispositifs DBD. Le premier consiste en une alimentation résonante en régime de conduction discontinue dont la particularité est de posséder trois degrés de liberté (fréquence, tension d’entrée et largeur d’impulsion), ce qui lui confère un intérêt exploratoire. Le second convertisseur consiste en une alimentation résonante haute tension et haute fréquence permettant l’éviction du transformateur élévateur, et mettant en oeuvre des interrupteurs au nitrure de gallium (GaN) afin d’atteindre une fréquence de fonctionnement supérieure au mega-Hertz avec un faible niveau de pertes.
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Djibrillah, Mahamat Abakar. "Éléments de conception d'un générateur électrique pour l'alimentation d'un dispositif à décharge à barrière diélectrique (DBD)." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00609813.
Full textAbstract:
Ce travail traite de la conception de générateur alimentant une lampe DBD destinée à la production de rayonnement UV. Cette alimentation doit permettre un contrôle efficace du rayonnement, grâce aux degrés de liberté apportés par le contrôle du générateur (fréquence, amplitude du courant injecté dans la lampe). Le modèle électrique de la lampe est utilisé pour prédire l'impact des caractéristiques du générateur sur le rayonnement UV produit. Une synthèse des interrupteurs de puissance du convertisseur statique permettant le contrôle du courant injecté est proposée et des solutions d'implémentation sont étudiées. Une démarche de conception en vue de l'optimisation du transformateur haute tension est proposée, notamment en ce qui concerne la valeur de ses éléments parasites. L'ensemble de ces travaux est étayé par des réalisations expérimentales.
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Djibrillah, Mahamat Abakar. "Éléments de conception d’un générateur électrique pour l’alimentation d’un dispositif à décharge à barrière diélectrique (DBD)." Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0028/document.
Full textAbstract:
Ce travail traite de la conception de générateur alimentant une lampe DBD destinée à la production de rayonnement UV. Cette alimentation doit permettre un contrôle efficace du rayonnement, grâce aux degrés de liberté apportés par le contrôle du générateur (fréquence, amplitude du courant injecté dans la lampe). Le modèle électrique de la lampe est utilisé pour prédire l’impact des caractéristiques du générateur sur le rayonnement UV produit. Une synthèse des interrupteurs de puissance du convertisseur statique permettant le contrôle du courant injecté est proposée et des solutions d’implémentation sont étudiées. Une démarche de conception en vue de l’optimisation du transformateur haute tension est proposée, notamment en ce qui concerne la valeur de ses éléments parasites. L’ensemble de ces travaux est étayé par des réalisations expérimentales<br>This work presents the concept of a generator supplying a DBD lamp for UV radiation production purpose. This supply permits effective control of radiation based on degree-of-freedom provided by generator control system (lamp current frequency and ampli-tude). Lamp electrical model is used to predict the impact of power source characteristics on the produced UV radiation. A synthesis of the switching devices of power converter for current lamp control is pro-posed and the implemented solutions are studied. A design procedure for high voltage transformer optimization is proposed in particular concerning parasitic elements. The entire work is supported by experimentations
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Diez, Medina Rafael. "Alimentation de puissance d'une lampe exciplexe à décharge à barrière diélectrique, en vue du contrôle du rayonnement." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00555079.
Full textAbstract:
Ce travail présente une approche raisonnée pour alimenter en énergie électrique une lampe exciplexe à décharge à barrière diélectrique, en vue du contrôle du rayonnement UV produit. Un modèle électrique de la lampe a été développé et identifié, permettant d'étudier les interactions alimentation-lampe. Ce modèle est également utilisé pour effectuer la synthèse des structures candidates du convertisseur ; celles-ci, procèdent à un contrôle direct du courant dans la lampe. Une étude expérimentale a été menée afin de valider l'approche théorique. Les degrés de liberté apportés par le réglage des convertisseurs sont exploités, pour analyser la corrélation entre le courant du gaz et le rayonnement UV.
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Martinez, Ruiz Erick Osvaldo. "Oxydation partielle du méthane dans un milli-réacteur plasma de type décharge à barrière diélectrique." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066736.
Full textAbstract:
Le gaz méthane est connu comme le gaz à effet de serre le plus ravageur. Les réserves mondiales actuelles de gaz naturel, qui contient principalement du méthane, sont sous-utilisées en raison des coûts de transport élevés. Subséquemment, un intérêt important est démontré dans la conversion du méthane en carburants liquides transportables et en produits chimiques d'importance pour l'industrie pétrochimique. L'une des principales solutions à ce problème est l'oxydation partielle du méthane (POM acronyme en anglais), cette réaction nécessite des pressions et des températures très élevées.L'oxydation partielle du méthane dans un milieu milli-plasma est une voie possible pour convertir le méthane en hydrocarbures supérieurs avec plus de valeur à conditions de température ambiante et pression atmosphérique. Dans ce contexte, un milli-réacteur plasma de type décharge à barrière diélectrique a été conçu pour l'oxydation partielle du méthane. Un mélange d'O2 / CH4 / Ar a été utilisé, à une haute tension CA (10,8 kV, 3 kHz) pour générer la décharge du plasma. Dans les conditions expérimentales, un environnement hautement réactif à température ambiante et pression atmosphérique a été généré, ce qui a conduit à une conversion du méthane jusqu'à 30 %. Les principaux produits de la réaction ont été identifiés comme le méthanol, l'éthane, l'éthane, le propane, l'hydrogène, le CO et le CO2. L'influence de l'énergie d'entrée spécifique (J / molmethanein), la composition du gaz, le débit sur la sélectivité au méthanol et la conversion du méthane ont été étudiés. Comsol Multiphysics 5.1 a été utilisé comme outil de simulation pour effectuer une première étude pour comprendre le mécanisme de la réaction impliquée dans la POM pour la production de méthanol. Deux modèles principaux ont été discutés, les modèles à l'échelle sinusoïdale et multi-temps. Ce travail définit les bases de la compréhension du POM pour la production de méthanol. Cette étude génère de nouvelles alternatives dans l'utilisation des technologies de miniaturisation afin de transformer efficacement le méthane en méthanol<br>Methane gas is known to be the most destructive greenhouse gas. The current world reserves of natural gas, which contains mainly methane, are underutilized due to high transportation costs. Thus, considerable interest is presently shown in conversion of methane to transportable liquid fuels and chemicals of importance to the petrochemical industry. One of the main solution for this problem is the partial oxidation of methane, actually this reaction requires a very high pressures and temperatures.The partial oxidation of methane (POM) in a milli-plasma environment is one possible route for converting methane to more valuable higher hydrocarbons at room temperature and atmospheric pressure.In that context, a Dielectric Barrier Discharge (DBD) transparent plasma-millireactor was designed for methane partial oxidation. A mixture of O2/CH4/Ar was processed into the reactor. AC high voltage (10.8 kV, 3 kHz) was applied to generate the plasma discharge. Under our experimental conditions, a highly reactive environment at room temperature and atmospheric pressure was generated, leading to methane conversion as high as 30 percent. The main products of the reaction were identified as methanol, ethane, ethane, propane, hydrogen, CO and CO2. The influence of the specific input energy (J/molmethanein), the gas composition and flow rate on the methanol selectivity and methane conversion were studied.Comsol Multiphysics 5.1 was used as a simulation tool to perform a first study to understand the mechanism of the reaction involved in POM for the production of methanol. Two main models were discussed, the sinusoidal and multi-time scale models. This work defines the bases for the understanding of the POM for the production of methanol. This study generates new alternatives in the use of miniaturization technologies in order to efficiently convert methane to methanol
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Lagmich, Youssef. "Diagnostic et modélisation d'une décharge à barrière diélectrique pour le contrôle d'écoulement." Toulouse 3, 2007. http://www.theses.fr/2007TOU30285.
Full textAbstract:
"Les plasmas atmosphériques de surface peuvent agir sur la couche limite d'un écoulement. Plus types d'actionneurs plasma sont actuellement étudiés. Les objectifs dans le domaine aérodynamique peuvent être le contrôle de transition laminaire-turbulent, la diminution de traînée, l'augmentation de la portance la réduction du bruit et de la consommation. L'avantage des actionneurs plasma est leur simplicité, et la possibilité de commutation rapide. Dans cette thèse nous nous sommes intéressés aux actionneurs plasma constitués par des décharges à barrière diélectrique (DBD) de surface. L'objectif a été, à l'aide de modèle auto-cohérents de décharges, et d'expérimentation dans des conditions simples et contrôlées, de comprendre le fonctionnement de ces décharges, et l'origine de la force électrohydrodynamique (EHD) qu'elles génèrent. Nous avons mis en évidence le fait que cette force EHD est de même nature que celle associée au " vent ionique " dans les décharges couronnes. Les résultats montrent que la force EHD est due à la formation d'un nuage d'ions au-dessus de la surface du diélectrique, et qui dérive dans le champ électrique appliqué. Les claquages se produisant au-dessus du diélectrique contribuent peu à la force EHD. Les ions positifs et les ions négatifs contribuent à la force EHD : les ions positifs pendant la phase positive du cycle (anode au-dessus du diélectrique), et les ions négatifs pendant la phase négative (cathode au-dessus du diélectrique). La force EHD moyenne générée dans une DBD de surface par unité de longueur d'électrode est de l'ordre de 50 mN/m avec efficacité de l'ordre de 0. 2 mN/W. Les expériences mises en œuvre dans cette thèse confirment l'interprétation des modèles. D'autre part les résultats des simulations donnent des tendances en excellent accord avec les mesures expérimentales disponibles. "<br>Surface plasmas can modify the boundary layer of a flow along an airfoil. Several types of plasma actuators are being studied in different laboratories. In aerodynamic applications, these plasma actuators could be used to increase performance and reduce energy consumption, by controlling the transition between laminar and turbulent regimes, reducing drag, controlling lift and reducing noise. The advantages of plasma actuators are their simplicity and the possibility to electrically control the actuator, without moving mechanical pieces. In this work, we have focused on plasma actuators based on surface dielectric barrier discharge (DBDs). The goal was to develop self-consistent discharge models and simple experiments under controlled conditions to understand in detail the physics of the surface DBDs and of the electrohydrodynamic (EHD) force generated in these discharges. We have shown that the EHD force in surface DBDs is of the same nature as the force associated with the "ion wind" in corona discharge. Results show that the EHD force is due to the development of ion clouds generated above the dielectric surface and drifting in the large electric field. The contribution of the current peaks associated with periodic breakdown above the surface to the EHD force is negligible. Both positive and negative ions contribute to the force: positive ions during the positive part of the cycle (when the electrode above the dielectric surface is the anode), negative ions during the negative part of the cycle (cathode above the dielectric surface). The average EHD force per unit length in a surface DBD is on the order of 50 mN/m, with an efficiency of about 0. 2 mN/W. Experiments developed in this work confirm the physical description of the surface DBD provided by the model. The trends predicted by the simulation results are in excellent agreement with available experimental results
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Gasthauer, Estelle. "Etude des composés organiques volatils issus des bitumes et procédé d' élimination par décharge à barrière diélectrique." Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066592.
Full text
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Audier, Pierre. "Etude d'une décharge à barrière diélectrique surfacique. Application au contrôle d'écoulement autour d'un profil d'aile de type NACA 0012." Phd thesis, Université d'Orléans, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00843633.
Full textAbstract:
Dans un contexte de croissance du trafic aérien et dans le but de réduire la consommation de carburant ainsi que les émissions de polluants dans l'atmosphère, l'avion de demain se doit d'être plus respectueux de l'environnement. Dans un objectif d'optimisation de ses performances aérodynamiques,d'importantes activités de recherche sont menées dans le monde pour étudier de nouveaux dispositifs de contrôle actif des écoulements en temps réel. Depuis une dizaine d'années, l'utilisation de la décharge à barrière diélectrique surfacique comme actionneur plasma pour le contrôle d'écoulements suscite un intérêt grandissant. Ce type d'actionneur permet de créer un plasma non-thermique capable de générer un écoulement basse vitesse, appelé vent ionique, qui interagit avec l'écoulement naturel en proche paroi pour l'amener dans un état souhaité. Les études expérimentales présentées dans cette thèse portent, d'une part, sur la caractérisation de l'actionneur plasma sous atmosphère contrôlée pour étudier le rôle de l'azote et de l'oxygène sur le comportement de la décharge et d'autre part, sur l'évaluation des potentialités de cet actionneur à contrôler le décollement massif naissant au bord d'attaque d'un profil d'aile placé à forte incidence. Les résultats mettent en évidence l'importance du rôle joué par O2 dans l'amorçage des filaments de plasma et dans la production de vent ionique. Le taux de production d'ozone de l'actionneur plasma a été quantifié en fonction de la puissance électrique. Les essais en soufflerie, réalisés dans le cadre du projet européen PLASMAERO, montrent l'effet de la fréquence de pulsation du signal d'alimentation haute tension sur la réponse de l'écoulement décollé et des ses instabilités naturelles. Il est ainsi possible, pour le profil placé à des incidences au-delà de l'incidence de décrochage naturel, d'augmenter la portance du profil en supprimant le décollement ou en favorisant la formation de tourbillons portants à l'extrados du profil.
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Dupré, Sandrine. "Étude sur le traitement, par décharges à barrière diélectrique , d'effluents gazeux chargés en NO : identification des mécanismes réactionnels et élaboration d'un procédé innovant." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066115.
Full text
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Bellanger, Marc. "Etude comparative des traitements laser excimère et plasma à décharge barrière diélectrique pour l'amélioration de l'adhésion PBT / Cuivre." Paris 6, 2006. http://www.theses.fr/2006PA066145.
Full textAbstract:
La thèse a pour étude les effets d’une irradiation laser excimère à 248 nm dans l’air sous le seuil d’ablation d’un film de Poly Butylène Téréphtalate (PBT). Différentes techniques d’analyses de surface permettent de caractériser les modifications de surface provoquée par ce procédé et les conséquences sur les propriétés d’adhérence d’un dépôt d’une fine couche métallique de cuivre par évaporation thermique. Ces effets sont comparés à ceux d’un traitement plasma à décharge barrière diélectrique (DBD) dans l’air à la pression atmosphérique. Cette étude montre que le greffage de fonctions polaires oxygénées et/ou azotés selon les procédés utilisés permettent de renforcer l’adhésion chimique entre le cuivre et le PBT ce qui améliore considérablement les propriétés d’adhérence.
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Najah, Aymane. "Étude de la fonctionnalisation des polymères de coordination poreux (MOF) par procédé plasma de type décharge à barrière diélectrique impulsionnelle (IDBD)." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0041.
Full textAbstract:
Les polymères de coordination poreux, plus communément connus comme des MOF « Metal-Organic Frameworks » sont une classe émergente de matériaux poreux formés par assemblage d’ions métalliques et de ligands organiques. En raison de leurs structures et propriétés, les MOF ont suscité un grand intérêt pour un large éventail d’applications, principalement au stockage et à la séparation des gaz, à la catalyse, à l’optique, au stockage d’énergie…. L’un des principaux avantages de ces matériaux repose sur la possibilité de moduler, voire améliorer leurs propriétés par la fonctionnalisation. La fonctionnalisation de ces matériaux s’effectue en grande majorité par voie chimique humide qui présente souvent quelques contraintes, notamment la durée des réactions, le coût énergétique…. Les travaux présentés dans ce mémoire concernent l’étude de la fonctionnalisation de ces matériaux par une voie chimique sèche, en l’occurrence par un traitement plasma de type décharge à barrière diélectrique en régime impulsionnel (I-DBD). À notre connaissance, aucun procédé de fonctionnalisation des MOF par plasma n’a encore été étudié dans la littérature. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier la fonctionnalisation de ces matériaux par DBD par greffage de groupements amines. Une étude paramétrique des conditions de décharge DBD a permis de déterminer les paramètres/conditions de la décharge DBD les plus favorables à la production de radicaux azotés dans le plasma. Ainsi, cette production est favorisée par l’utilisation d’un plasma de NH3 comparativement aux plasmas N2/H2 ou Ar/N2/H2. En outre, les conditions de décharges optimisées pour réaliser des traitement DBD en régime impulsionnel en NH3 sont comme suit ; une tension de 6 kVp-p, une fréquence de 4 kHz, une distance inter-électrode de 3 mm et une pression de 104 Pa. Une première étude de pré-fonctionnalisation de l’acide téréphtalique a montré l’efficacité du procédé DBD à greffer des groupements a mines sur le ligand de pontage. Ces travaux se sont poursuivis avec l’étude approfondie du traitement par plasma DBD de deux MOF : MOF-5 à base de zinc et le MIL-53 à base d’aluminium. Ces investigations ont mis en évidence l’instabilité du MOF-5 vis-à-vis de l’ammoniac, mettant ainsi en exergue l’importance de travailler avec des cations trivalents, voire tétravalents pour faire des traitements plasma en NH3. Le traitement DBD du MIL-53 Al a prouvé une fonctionnalisation réussie par d’insertion par substitution d’un carbone par un azote au sein du ligand organique, ce qui ouvre la possibilité d’utiliser cette voie pour fonctionnaliser d’autres MOF. Finalement, l’analyse des propriétés texturales et d’adsorption d’hydrogène à température ambiante et pression atmosphérique ont montré une amélioration de la quantité d’hydrogène stockée dans le MIL-53 Al traité par DBD, qui reste faible mais ce résultat est prometteur pour développer des matériaux permettant d’avoir une capacité d’adso rption plus importante aux conditions environnementales de pression et de température<br>Porous coordination polymers, more commonly known as MOFs "Metal-Organic Frameworks", are an emerging class of porous materials formed by the assembly of metal ions and organic ligands. Due to their structures and properties, MOFs have attracted great interest for a wide range of applications, mainly in gas storage and separation, catalysis, optics, energy storage…. One of the main advantages of these materials lies in the possibility of modulating or even enhancing their properties through functionalization. The functionalization of these materials is mostly carried out by wet chemical process that often presents some constraints like the duration of the reactions, the energy cost…. The work presented in this thesis concerns the study of the functionalization of these materials by a dry chemical method, in this case by a plasma treatment using an impulse dielectric barrier discharge (I-DBD). To the best of our knowledge, no method of functionalization of MOFs by plasma has yet been reported in the literature. The main objective of this thesis is to study the functionalization of these materials by DBD by grafting amino groups. A parametric study of the DBD discharge conditions made it possible to determine the most favorable DBD discharge parameters/conditions to produce nitrogen radicals in the plasma. Thus, this production is favored using an NH3 plasma compared to N2/H2 or Ar/N2/H2 plasmas. In addition, the discharge conditions optimized for carrying out DBD treatment in pulsed regime in NH3 are as follow: a voltage of 6 kVp-p, a frequency of 4 kHz, an inter-electrode distance of 3 mm and a pressure of 104 Pa. A first study of pre-functionalization of terephthalic acid showed the effectiveness of the DBD process in grafting amine groups onto the organic ligand. This work continued with the in-depth study of the DBD plasma treatment of two MOFs: zinc-based MOF-5 and aluminum-based MIL-53. These investigations have highlighted the ins tability of MOF-5 with respect to ammonia, thus highlighting the importance of working with trivalent or even tetravalent cations to carry out plasma treatments in NH3. The DBD treatment of MIL-53 Al has proven successful functionalization via insertion by substituting a carbon atom with a nitrogen one within the organic ligand, which opens the possibility of using this pathway to functionalize other MOFs. Finally, the analysis of the textural and hydrogen adsorption properties at room temperature and atmospheric pressure showed an improvement of the amount of hydrogen stored in the MIL-53 Al treated with DBD. Although this amount remains low, these results are promising to develop materials with a higher adsorption capacity at room temperature, or even at atmospheric pressure
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Le, Thanh Doanh. "Étude d'une décharge à barrière diélectrique établie dans un mélange de gaz rare halogène." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1172/.
Full textAbstract:
Actuellement, les Ultraviolets (UV) trouvent de nos jours de nombreuses applications dans l'industrie (séchage des encres, traitements de surfaces, lithographie pour les semi-conducteurs etc…) et ils sont généralement produits par des décharges dans des vapeurs de mercure. De nouvelles sources sont cependant en plein développement : il s'agit de sources basées sur l'émission de molécules excitées par une décharge à barrière diélectrique. Plus efficaces que les sources à mercure, elles permettent une émission très localisée dans le spectre, centrée autour d'une longueur d'onde dépendant du gaz (ou du mélange de gaz) dans lequel se produit la décharge. Pour atteindre nos objectifs, nous avons tout d'abord développé une modèle physique destinée à une DBD excilampe pour un mélange entre xénon et chlore. Ce modèle repose sur la résolution du système d'équation formé principalement par les équations de continuité des espèces considérées, et l'équation de Poisson. La résolution de ce modèle nous permet de décrire la distribution spatiale et temporelle de toutes les espèces considérées dans le volume de décharge. Par la suite, grâce au modèle développé, nous avons réalisé une étude de l'influence de trois modes d'alimentations différentes (source de tension sinusoïdale et impulsionnelle, source de courant impulsionnel) sur la production d'UV par l'excilampe xénon/chlore. Ces résultats obtenus ont été confrontés avec des résultats expérimentaux issus de la littérature scientifique. Enfin, grâce à une plateforme d'étude de ces décharges développées au Laplace (système de pompage du gaz ou du mélange de gaz, bans de fabrication de lampes, outils de diagnostic et alimentations électriques), nous avons effectué, grâce à des techniques d'imagerie rapide sur la décharge étudiée, des mesures spectrales résolues en temps. Ces mesures nous ont permis d'évaluer la performance de différents modes d'alimentation à la fois sur l'efficacité de production UV de la décharge et également sur la durée de vie. Sur les bases des résultats obtenus dans cette partie, nous pouvons choisir une meilleure alimentation pour une excilampe xénon/chlore<br>This work concerns the study of a dielectric barrier discharge established in a mixture rare-halogen gas (xenon and chlorine). At present, Ultraviolet sources (UV) find nowadays numerous applications in the industry (drying of ink, surface treatments, lithographs for semiconductors etc. ) and they are generally produced by discharges in the vapour of mercury. New sources are however in full development: it is a question of sources based on the excited emissions by dielectric barrier discharge. More effective than sources with mercury, they allow an emission that is very located in the spectre, centred on a wavelength depending on the gas (or the gas mixture) in which occurs the discharge. To reach our objectives, we developed first of all one physical model intended for a DBD excilamp for a mixture of xenon and chlorine. This model bases on the resolution of the equation system formed mainly by the equations of continuity of the considered species, and the equation of Poisson. The resolution of this model allows us to describe the spatial and temporal distribution of all the species considered in the volume of discharge. Afterward, thanks to the developed model, we realized a study of the influence of three different modes of power supplies (sinusoidal and pulsed voltage waveform, pulsed current waveform) on the production of UV by the excilamp xenon / chlorine. These obtained results were confronted with experimental results coming from the scientific literature. Finally, thanks to a platform of study of these discharges developed in Laplace (system of pumping of the gas or the gas mixture, bench of manufacturing of lamps, tools of diagnosis and power supplies), we have studied several experimental measures such as spectre of emission, time resolved spectroscopy and imaging of the discharge of excilamp xenon/chlorine. These measures allowed us to estimate the performance of various modes of supplies at the same time the efficiency of UV production of the discharge and also on the lifetime. On the bases of the results obtained in our experimental measures, we can choose a better power supply for an excilamp xenon / chlorine
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Bouzidi, Mohamed Chérif. "" Étude d'une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) homogène dans l'azote à pression atmosphérique : Effet mémoire et Optimisation du transfert de Puissance"." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00925594.
Full textAbstract:
Ce travail s'inscrit dans le cadre du développement d'un procédé de traitement de surface par Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) à pression atmosphérique. Une DBD est une source de plasma hors équilibre thermodynamique caractérisée par la présence d'au moins un diélectrique dans le passage du courant, permettant d'éviter la transition { l'arc. Le régime normal de fonctionnement d'une DBD est filamentaire : les répartitions spatiales et temporelles de l'énergie sont fortement inhomogènes, ce qui n'est pas compatible avec la réalisation d'un traitement de surface. Cependant, il est possible d'obtenir une décharge homogène (similaire { celles obtenues { basse pression) dans certaines conditions (excitation électrique, configuration d'électrodes, ...) mais uniquement { faible puissance. L'objectif de cette étude est d'une part d'améliorer le transfert de puissance dans la décharge et d'autre part de comprendre les mécanismes de transition du régime homogène au régime filamentaire. Dans le but d'améliorer le transfert de puissance, deux approches ont été explorées : l'influence du matériau diélectrique utilisé et le système d'alimentation, Nous avons, dans un premier temps, utilisé différents matériaux (alumine, titanate de baryum, ...) ayant des permittivités relatives allant de 6 à 380. Les résultats obtenus montrent que, dans la configuration utilisée, le paramètre important est la valeur globale de la capacité du diélectrique et non le type de matériau. Ainsi, une décharge homogène ne peut pas être obtenue avec des matériaux de forte permittivité relative qui, de fait, conduisent à des valeurs de capacité très élevées. Lorsque la capacité de la barrière diélectrique augmente, la charge dans le gaz est limitée et le domaine de fonctionnement en régime homogène est réduit. De plus, il apparaît que la modification de la valeur de la capacité du diélectrique ne permet pas d'accroître la puissance maximale pouvant être transférée { la décharge dans un régime homogène mais simplement d'optimiser un point de fonctionnement en termes de fréquence et d'amplitude de la tension appliquée. La seconde approche explorée consiste à utiliser une alimentation spécialement optimisée. A ce jour, l'alimentation généralement utilisée pour l'obtention de décharges homogènes fournie une tension sinusoïdale. Dans ce cas, la décharge est allumée pendant seulement une partie de la période. La solution pour améliorer le transfert de puissance consiste à imposer un courant constant durant la décharge et d'accroître sa durée d'allumage. Dans cette optique, une alimentation en courant carré a été développée et réalisée en collaboration avec X. Bonnin (équipe GENESYS du LAPLACE). Cette alimentation a permis d'accroître de manière très importante la puissance transférée { la décharge (maximum : 100 W/cm 3 ). Concernant la compréhension des mécanismes de transition du régime homogène au régime filamentaire, les études antérieures avaient montré qu'un effet mémoire, d'une décharge { la suivante, permet d'ensemencer le gaz en électrons germes et ainsi d'obtenir un claquage de type Townsend nécessaire { l'obtention d'une décharge homogène. L'hypothèse admise au début de cette thèse était que les états métastables { longue durée de vie N 2 (A 3 u + ) permettaient d'ensemencer le gaz en électrons germes par émission secondaire { la cathode. Cependant, ceci ne permet pas d'expliquer pourquoi l'ajout de quelques ppm de O 2 ou de N 2 O, qui détruisent très efficacement les N 2 (A 3 u + ), augmente la stabilité de la décharge. Des mesures de spectroscopie d'émission optique résolue spatialement et temporellement dans différents mélanges de gaz (N 2 , N 2 -O 2 , N 2 -NO) nous ont permis de montrer l'importance des N 2 (A 3 u + ) mais également de l'oxygène atomique O( 3 P) sur l'homogénéité de la décharge. Les métastables N 2 (A 3 u + ) peuvent être { l'origine de la création d'états excités de l'azote N( 2 P) qui par ionisation associative avec l'oxygène atomique O( 3 P) pourraient ensemencer le gaz en électrons. Cette hypothèse permet d'expliquer les comportements observés en azote mais également dans les différents mélanges de gaz étudiés.
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Mfopara, Ange. "Etude du traitement par décharges électriques à pression atmosphérique de deux molécules modèles : le naphtalène et le méthane : application au traitement d'effluent automobile." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066082.
Full textAbstract:
Face à une réglementation de plus en plus restrictive vis-à-vis des rejets polluants, les constructeurs automobiles recherchent des procédés de dépollution innovants. Le plasma froid, utilisé seul ou couplé aux systèmes de traitement existants, représente une alternative intéressante, notamment lors de la phase de démarrage à froid. C’est dans cette perspective que s’inscrit ce travail de thèse au cours duquel un réacteur à décharges à barrière diélectrique a été évalué à pression atmosphérique pour l’élimination en phase gazeuse de deux molécules contenues dans un échappement classique : le naphtalène et le méthane. La première partie de l’étude concerne l’oxydation avancée du naphtalène. Le réacteur plasma est efficace pour éliminer le naphtalène de la phase gazeuse à des densités d’énergie inférieures à 100 J/L, avec comme produits majoritaires gazeux CO2 et CO. Les bilans carbone incomplets traduisent la formation d’un dépôt aux parois susceptible d’être traité par la décharge elle-même. Sur la base des résultats expérimentaux, des chemins réactionnels sont proposés pour l'élimination du naphtalène par ce procédé à décharges électriques. La deuxième partie du travail est principalement consacrée à l’étude des cinétiques réactionnelles intervenant lors de la dégradation du méthane. Le taux d'élimination du méthane dans l'azote pur (50%) conduit principalement à la formation de HCN, disparaissant à l'introduction de vapeur d'eau pour former CO et CO2. Dans le cas du traitement en présence d’oxygène, l’adjonction de vapeur d’eau permet d’augmenter le ratio CO2/CO. Des mécanismes réactionnels sont proposés reposant sur des jeux de réactions compétitives.
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Bayoda, Kossi Djidula. "Propriétés électriques, optiques et mécaniques d'une décharge de surface à barrière diélectrique nanoseconde pulsée. Application à la mesure de vitesse pariétale et au contrôle des écoulements aérodynamiques." Thesis, Poitiers, 2016. http://www.theses.fr/2016POIT2319/document.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour but d'étudier une nouvelle décharge nanoseconde pulsée à barrière diélectrique basée sur 3 électrodes (SL-DBD pour « SLiding DBD » en anglais), de la comparer à la décharge nanoseconde conventionnelle utilisant 2 électrodes (NS-DBD), et d'évaluer sa capacité à être utilisée soit comme capteur de vitesse pariétale, soit comme actionneur électromécanique pour le contrôle d'écoulement. Dans la première partie, les propriétés électriques des deux décharges sont caractérisées, permettant ainsi d'identifier le paramètre électrique clé qui permet de passer d'un régime de décharge à un autre. Des visualisations par caméra intensifiée ont confirmé cette transition lorsque le champ électrique moyen devient supérieur à 6.5 kV/cm. Des diagnostiques mécaniques (Schlieren et mesures de pression) ont permis de caractériser précisément l'onde de pression générée par les deux décharges.Ensuite, l'influence d'un écoulement sur le comportement électrique de la SL-DBD a été étudiée, mettant en évidence que le courant « collecté » par l'électrode (3) était à peu près proportionnel à la vitesse de l'écoulement en proche paroi. Même s'il reste encore de nombreux points à vérifier, ce résultat encourageant permet d'envisager l'utilisation de la SL-DBD comme capteur de vitesse et/ou de frottement pariétal.Enfin, la troisième partie est consacrée à l'effet de la SL-DBD sur des écoulements aérodynamiques, dans le but de les manipuler. Plusieurs configurations ont été étudiées (profil d'aile, marche descendante, plaque plane) et les résultats ont permis de montrer la complexité des phénomènes physiques à l'origine du contrôle, sans pour autant pouvoir totalement les expliquer<br>This thesis aims to study new design of nanosecond pulsed dielectric barrier discharge in 3 electrodes configuration: the sliding discharge (SL-DBD), to compare it to the conventional nanosecond DBD in 2 electrodes geometry (NS-DBD) and to show also its capacity to be used as a friction velocity or wall shear stress sensor and to be used as electromechanical actuator for flow control.In its first part, the electrical properties of these two discharges are characterized and point out the key parameter governing the transition of one regime to another. The visualizations with an intensified camera confirm this transition when the mean electric field increases over 6.5 kV/cm. Therefore they extend further and cover the inter-electrode gap. Mechanical diagnostics (Schlieren and pressure measurements) characterize the pressure wave generated by these discharges. In the second part, the electrical characterization of the SL-DBD under flow conditions shows that the courant « collected » by the third electrode is almost proportional to the wall flow velocity. However, even if other studies needed to be performed, these encouraging results reveal the ability of the SL-DBD to be used as a friction velocity or a wall shear stress sensor. Finally, the third part is addressed to the effect of the SL-DBD on aerodynamics flows in order to manipulate them. Several configurations are studied (airfoil, backward facing step, flat plate) and the results have shown the complexity of the physicals phenomena governing the control authority, without being able to fully explain them
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Bazinette, Rémy. "Effet de la forme d'excitation électrique sur une décharge contrôlée par barrière diélectrique (dbd) à la pression atmosphérique et application au dépôt de couche mince." Thesis, Pau, 2016. http://www.theses.fr/2016PAUU3009/document.
Full textAbstract:
Les décharges contrôlées par barrière diélectrique (DBD) homogènes à pression atmosphérique sont une alternative pour réaliser des couches minces sur de grandes surfaces, en continu, sans système de pompage. La physique de ces décharges tout comme les propriétés des couches minces obtenues sont bien établies en excitation sinusoïdale basse fréquence (< 200 kHz) et radiofréquence (13,56 MHz). L’objet de cette thèse est d’étendre le domaine de fonctionnement de ces décharges dans un mélange Penning Ar/NH3. Pour ce faire, un dispositif original a été mis au point permettant de faire varier la fréquence d'excitation en tension sinusoïdale entre 50 kHz à 18 MHz. La DBD nanopulsée répétitive a également été étudiée. L’objectif est d’identifier de nouveaux modes de fonctionnement de la DBD homogène et d’en maximiser la puissance pour augmenter la vitesse de dépôt de couche mince tout en maintenant une qualité compatible avec les applications. Dans un mélange Ar-NH3, le régime de fonctionnement de la décharge transit de luminescent (GDBD) à Townsend (TDBD) vers 250 kHz puis à RF-DBD à partir de 3 MHz. Les mesures électriques et optiques qui ont été réalisées montrent que la puissance moyenne des décharges homogènes augmente d'un facteur 30 entre les régimes GDBD et RF-DBD (jusqu'à 35 W/cm3) tandis que la tension d'amorçage est réduite d'un facteur 6. Ces observations couplées aux spectres d’émission des décharges indiquent que la densité d’électrons augmente de plusieurs ordres de grandeur alors que leur énergie décroit. Ces résultats s’expliquent par un changement de mécanisme d'ionisation avec un rôle dominant de l'émission d'électron secondaire à la cathode en basse fréquence (GDBD et TDBD) tandis que l'ionisation en volume domine en RF-DBD. Les deux transitions entre les régimes GDBD-TDBD et TDBD-RF-DBD sont étudiées. La première est liée au temps de transit des ions de l'anode vers la cathode qui devient plus long que la demi-période. En conséquence, la chute cathodique ne se forme pas. La deuxième transition est liée au piégeage des ions puis des électrons qui dépend de la tension appliquée, de la valeur de l'espace interélectrode et de la fréquence. Ces régimes de décharges sont comparés au régime nanopulsé répétitif (NPR-DBD). Les conditions conduisant à une décharge homogène ont été trouvées. La puissance maximale en régime homogène est de 17 W/cm3 ce qui est 17 fois plus élevé que pour un régime sinusoïdal à même fréquence. Elle est obtenue pour une fréquence de répétition de 30 kHz avec un pulse de tension de 10 ns. Les dépôts de nitrure de silicium et d’oxyde de silicium obtenus à partir de SiH4 avec des GDBD, RF-DBD et NPR-DBD ont été étudiés. Dans tous les cas, la vitesse de dépôt est définie par la puissance de la décharge. L'augmentation de la puissance de la décharge avec la fréquence permet d'augmenter la vitesse de dépôt de 30 à 90 nm/min. Néanmoins avec l'utilisation de silane à température ambiante, des nanoparticules se forment en RF lorsque la puissance de la décharge est forte. La modulation d'amplitude empêche la formation des poudres. Pour ce faire l'énergie injectée pendant le Ton doit être inférieure à 100 µJ. Comme les précurseurs ne sont plus consommés par la formation de poudres, ils sont disponibles pour la croissance de la couche ce qui double la vitesse de dépôt par rapport au continu pour la même puissance moyenne. L'augmentation de la vitesse de dépôt sans poudre avec la puissance moyenne nécessite une augmentation de la fréquence de modulation (> 1 kHz) ce qui implique un Ton de plus en plus court pour limiter l'énergie injectée.Ce travail a mis en évidence un nouveau régime de décharge, la TDBD, en Ar-NH3. Il a permis de comparer les GDBD, TDBD, RF-DBD et NRP-DBD dans la même configuration de décharge. Pour la première fois des dépôts de couches minces ont été faits par RF-DBD et il a été montré que la modulation du plasma peut augmenter significativement la vitesse de dépôt<br>The homogeneous discharge controlled by dielectric barrier at atmospheric pressure and their applications are a promising field of activity because of their advantages in contrast with the low pressure processes, especially for the on line treatment of large surface without pumping system. The physics of these discharges as the thin film properties obtained are well established with low frequency sinusoidal (<200 kHz) and radiofrequency excitation (13.56MHz). This is what is explored in this thesis aimed to find and explore new modes of homogeneous DBD and maximizing the power to optimize the deposition rate while maintaining quality thin layers. To achieve this goal, an original device has been developed varying the excitation frequency from 100 kHz to 18 MHz. The frequency increase on this range have many consequences. In an Ar-NH3 mixture, the discharge regime becomes successively a glow (GDBD) then Townsend (TDBD) around 250 kHz then RF-DBD from 3 MHz. The electrical and optical measurements that have been done show that the average power of the homogeneous discharges increases by a factor of 30 between GDBD regime and RF-DBD regime (up to 35 W/cm3) while the breakdown voltage is reduced by a factor 6. These observations coupled to the discharge emission spectra indicate that the electron density increases by several orders of magnitude while their energy decreases. These results are due to a change of the ionization mechanism with a dominant role of the secondary electron emission at the cathode in low frequency regime (GDBD and TDBD) while the volume ionization is dominate in RF-DBD. Both transitions between GDBD-TDBD regimes and TDBD-RF-DBD are studied. The first is related to the ion transit from the anode to the cathode which becomes longer than the half-period. In consequence, the cathode fall is not formed. The second transition is related to ions and electrons trapping which depends on the applied voltage, the value of the inter-electrode space and frequency.These discharges regime are compared to Nanopulsed repetitively discharge (NPR-DBD). The conditions leading to a homogeneous discharge are found. In homogeneous regime the maximum of the discharge power is 17 W/cm3 which is 17 times higher than for a low sinusoidal voltage for the same frequency. It is obtained for a repetition frequency of 30 kHz with a 10 ns voltage pulse. Hydrogenated silica and silicon nitride thin film obtained from SiH4 with GDBD, RF-DBD and NPR-DBD were studied. In all cases, the deposition rate is defined by the discharge power. The increase of the discharge power with the frequency increases the deposition rate from 30 nm/min to 90 nm/min. However with the use of silane at room temperature, nanoparticles are formed in RF regime when the discharge power is high. The amplitude modulation allows to prevent the formation of powders. AS far as the energy injected during Ton is less than 100 μJ. As the precursors are not consumed by the formation of powders, they are available for the growth of the layer thereby doubling the deposition rate compared to the continuous process for the same average power. Increasing the growth rate without powders with the average power requires an increase in the modulation frequency (> 1 kHz) i.e. a short Ton to limit the injected energy. Thus this work has highlighted a new discharge regime, the TDBD in Ar-NH3 and compared the GDBD, TDBD, RF-DBD and NRP-DBD discharge in the same configuration. For the first time, RF-DBD coating have been made and it has been shown that modulation of plasma, although it decreases the discharge power, can significantly increase the deposition rate
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Laurent, Morgane. "Utilisation d'une décharge à barrière diélectrique pour développer une matrice polymère plasma dégradable pour des applications vasculaires." Thesis, Université Laval, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30189/document.
Full textAbstract:
Chaque année, environ 1,5 million de patients requièrent un remplacement vasculaire en réponse à une athérosclérose avancée, causant le rétrécissement interne des vaisseaux sanguins. Malheureusement, encore aujourd'hui les matériaux synthétiques utilisés pour remplacer les artères de petits diamètres (inférieurs à 6 mm) restent associés à un haut taux d'échecs, démontrant ainsi un manque de biocompatibilité certain. L'une des principales complications observées est l'hyperplasie néointimale artérielle caractérisée par l'obstruction du vaisseau sanguin due à la prolifération tridimensionnelle de cellules sur la paroi interne de la prothèse. Différentes stratégies visant à limiter cette réaction naturelle sont aujourd'hui envisagées, notamment l'utilisation d'un système à libération contrôlée de médicament intégré localement aux prothèses vasculaires. En parallèle, l'essor des technologies plasma a permis de montrer qu'il était possible de revêtir la surface de matériel biomédical pour améliorer son interaction avec un environnement biologique. La stratégie consiste à utiliser l'énergie et la réactivité d'un plasma pour polymériser un précurseur gazeux. En sélectionnant la structure moléculaire du précurseur et les conditions expérimentales du plasma appropriées, il est possible de déposer un polymère plasma à la surface du matériel sélectionné pour lui conférer des propriétés sur mesure. C'est dans ce contexte que cette thèse a consisté à synthétiser, à l'aide d'un plasma, une matrice polymère plasma biodégradable pour revêtir la paroi interne d'une prothèse vasculaire, dans le but d'y incorporer un médicament choisi de façon à limiter l'hyperplasie néointimale. Ce projet a permis d'une part de réaliser une preuve de concept en déposant un revêtement polymère plasma dégradable par décharge à barrière diélectrique en configuration planaire. En utilisant le lactate d'éthyle en tant que précurseur et après de nombreuses analyses, des conditions de dépôt optimales ont pu être élues pour leur potentiel dans le cadre d'applications vasculaires. D'autre part, grâce à une caractérisation approfondie de la décharge, une corrélation étroite entre la physico-chimie du plasma et les dépôts dégradables obtenus a pu être établie. Afin d'élargir les possibilités de vitesse de dégradation, l'influence d'une alimentation impulsionnelle sur la décharge et sur le dépôt a de plus été étudiée. Si la manière d'apporter l'énergie a eu une forte influence sur la décharge, aucune influence majeure n'a été notée sur la chimie et la morphologie des dépôts faits à partir de lactate d'éthyle. Enfin, la construction d'un réacteur plasma tubulaire permettant de déposer la matrice développée à l'intérieur de prothèses artérielles a permis de s'étendre aux conditions réelles de dépôt. Dans l'ensemble, ce projet de recherche a mis en évidence le potentiel des procédés plasma pour le développement de matrices polymères plasma dégradables, notamment dans le cadre de systèmes à libération contrôlée et locale de médicaments pour des applications en chirurgie vasculaire. D'un point de vue de la physique des plasmas, ce travail a de plus souligné l'importance de l'étude de la décharge dans de véritables conditions de dépôt de couches minces<br>Every year, about 1.5 million patients need a vascular replacement due to advanced arteriosclerosis, which causes the internal narrowing of blood vessels. Unfortunately, even today the synthetic materials used to replace small diameter arteries (below 6 mm) remain associated with low patency rate, which demonstrates an evident lack of biocompatibility. One of the main observed complications is arterial neointimal hyperplasia, which is characterized by the blood vessel obstruction due to the tridimensional proliferation of cells on the graft internal wall. Different strategies aiming at limiting this body reaction are currently considered, in particular the use of a drug delivery system locally integrated to the vascular grafts. Concurrently, the rise of plasma technologies enabled to demonstrate the possibility to coat the surface of biomedical devices to improve their interaction with a biological environment. The strategy consists in using the plasma energy and reactivity to polymerize a gaseous precursor. By selecting the appropriate precursor molecular structure and plasma experimental conditions, one can build up a plasma polymer with tailored properties. It is in this context that this thesis consisted in synthesizing, using plasma, a biodegradable polymeric plasma polymer matrix to coat the internal wall of a vascular graft, with the goal to incorporate a drug chosen to limit neointimal hyperplasia. On one hand, this project acted as proof of concept by developing a degradable plasma polymer coating using a planar dielectric barrier discharge. After extensive studies using ethyl lactate as precursor, optimal chemical vapor deposition conditions were elected for their potential in terms of vascular applications. On the other hand, thanks to an extended discharge characterization, a strong correlation was established between the plasma physico-chemistry and the properties of the degradable coatings synthesized. In addition, to broaden possibilities in terms of degradation rate, the influence of a squared pulse power supply on the discharge and the coating was studied. If changing the way to bring the energy had a strong influence on the discharge, no major influence was noticed on the ethyl lactate-based coatings' chemistry and morphology. Finally, a tubular plasma reactor was build up to empower the internal wall of vascular prosthesis to be coated, which enabled to extend this project to the deposition conditions of its final application. Overall, this research project highlighted the potential of plasma processes for the development of degradable plasma polymer matrices, particularly for local drug delivery systems for vascular applications. On a physics perspective, this work emphasized the importance of studying the discharge under actual thin layer deposition conditions
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Lovascio, Sara. "Cold Plasma deposition of organosilicon films with different monomers in a dielectric-barrier discharge." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00815260.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur une étude fondamentale sur le dépôt des couches minces d'organosiliciés par des Décharges à Barrière Diélectrique (DBD), un procédé très intéressant pour l'application aux textiles. La plupart des dépôts des couches d'oxyde de silicium sont déposées à partir du précurseur hexaméthyle silixone (HMDSO).De plus très peu d'études sont consacrées aux mécanismes de dépôt des couches à la pression atmosphérique. Dans cette étude les propriétés des couches minces déposées par DBD alimentées par Ar/HMDSO/O2, Ar/PMDSO (pentaméthyldisiloxane)/O2 et Ar/TMDSO (tetraméthyldisiloxane)/O2, avec différentes proportions de l'oxygène, ont été confrontées aux analyses, par GC-MS, des gaz sortant du réacteur. Nous avons trouvé que l'ajout d'O2 au gaz d'alimentation n'améliore pas l'activation du précurseur organosilicié, même s'il augmente la puissance injectée. En revanche il influence fortement la composition chimique des dépôts et favorise une forte réduction de la concentration des sous-produits dans le gaz sortant du réacteur. Sans ajout de l'O2, des couches minces obtenues contiennent beaucoup de carbone , avec rétention de la structure du précurseur de départ. En réduisant le nombre de -CH3 dans le précurseur (HMDSO>PMDSO>TMDSO), le nombre et l'abondance des sous-produits détectés dans le gaz sortant du réacteur diminuent fortement. Il semblerait que les unités de répétition diméthylsiloxane et hydrométhylsiloxane jouent un rôle important dans l'oligomérisation des trois précurseurs. Différents mécanismes d'activation, ainsi que différents procédés de formation des groupes Si-OH dans les dépôts, ont été proposés pour les trois précurseurs.
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Pham, Huu Thien. "Contribution à l'étude de la dépollution de l'air chargé en composés organiques volatils par un procédé associant un plasma de décharge à barrière diélectrique impulsionnelle et des catalyseurs." Thesis, Orléans, 2014. http://www.theses.fr/2014ORLE2022/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s’inscrit dans le cadre général de la dépollution d’effluents gazeux faiblement chargés en Composés Organiques Volatils (COV). L’étude concerne l'oxydation de trois COV cibles (méthane, propène, et toluène) dans l'air à la pression atmosphérique dans d'une part un réacteur plasma de décharge à barrière diélectrique (DBD) pulsée et un réacteur catalytique utilisés séparément et d'autre part, dans un réacteur hybride associant le réacteur plasma aux catalyseurs dans deux configurations: le catalyseur au coeur de la décharge et le catalyseur en post-décharge. Les catalyseurs sont à base de Pd, Mn, Cu, et Co supportés sur des billes de Al2O3. Ils ont été caractérisés par ICP-OES, TEM/EDX, XRD, XPS, et DRIFTS. L’efficacité de conversion des COV, la sélectivité en CO/CO2, ainsi que la nature et les concentrations des produits formés pour les trois molécules avec les trois systèmes ont été étudiées en fonction de la température du gaz, de l'énergie injectée, de la concentration des COV, de la taille du support, du type de métal et sa teneur, et de la vitesse volumique horaire. Dans tous les cas, l’activation des catalyseurs à basse température a été démontrée quand ces derniers sont couplés au plasma et les principaux produits de réaction identifiés et quantifiés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. Le couplage plasma-catalyseur améliore de façon significative l’efficacité de conversion du méthane, du propène, et du toluène dans l’air ainsi que la sélectivité en sous-produits. L'effet de synergie entre le plasma et les catalyseurs pour la conversion des COV a été démontré dès lors que le plasma est généré directement au sein du réacteur catalytique<br>The focus of this thesis is the application of non-thermal plasma and catalysis in chemical processing, in particular for the removal of Volatile Organic Compounds (VOC) diluted in air. In a first part, the oxidation of three pollutants (methane, propene, and toluene) is studied experimentally in a pulsed dielectric barrier discharge (DBD) reactor and in a catalyst reactor working independently. In a second part, a hybrid plasma-catalyst reactor either in a single-stage or in a two-stages configuration, in which the catalyst is located inside or downstream from the plasma reactor, respectively. Catalyst materials based on Pd, Mn, Cu, and Co supported on alumina beads were tested and characterized by ICP-OES, TEM/EDX, XRD, XPS, and DRIFTS. Products were analyzed and quantified by infrared spectroscopy. Achieved VOCs removal efficiencies and CO/CO2 selectivity, as well as nature and concentrations of the formed products, were evaluated as function of many factors, particularly the specific input energy, the gas temperature, the initial VOCs concentration, the nature of catalyst (size support, metal loading), and the hourly space velocity. It has been successfully demonstrated that the combination of plasma and catalyst in the both configurations has many benefits compared to traditional thermal-catalysis and plasma alone treatment including a lowering of the catalyst operating temperature, an improvement of the conversion of VOCs at similar temperatures, and a better end-products selectivity and energy efficiency. The mutual interaction lead to a synergistic effect in plasma-catalysis especially when the discharge is in direct contact with the catalyst whatever the VOCs studied
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Vincent, Axel. "Conception et simulation d'un réacteur fil-cylindre à décharge couronne avec barrière diélectrique adapté au traitement des oxydes d'azote dans des effluents marqués par un isotope." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066477.
Full text
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Wengler, Julien. "Synthèse organique en micro-réacteur plasma." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS274.
Full textAbstract:
Cette thèse rapporte l’intégration d’un plasma non-thermique dans une puce microfluidique. Elle estime la capacité du plasma à devenir un outil de synthèse à part entière pour une chimie « verte », grâce à des conditions douces et à l’absence de catalyseur. Peu de travaux de chimie par plasma ont traité des liquides et aucun n’a réussi à obtenir à la fois une grande conversion et une sélectivité élevée. Nous avons développé et fabriqué une puce en verre et polymère (NOA) comprenant un canal en serpentin de 1 m de long, dont la section en forme de marche stabilise un écoulement biphasique gaz-liquide. Une haute tension sinusoïdale appliquée à deux électrodes d’ITO a produit une décharge de Townsend à pression atmosphérique homogène tout au long du canal. Le comportement hydrodynamique de l’écoulement a été déterminé par une caméra CCD. Les décharges ont été caractérisées par des mesures optiques au moyen d’une caméra intensifiée et par des mesures électriques. Le traitement de cyclohexane liquide a été accompli avec un plasma d’oxygène pur. L’analyse par CPG du liquide sortant a attesté l’oxydation partielle du cyclohexane en un mélange de cyclohexanol, de cyclohexanone et d’hydropéroxyde de cyclohexyle. Les conversions et sélectivités typiques qui ont été atteintes sont respectivement 10–20% et 70–80%. Une simulation numérique a été réalisée dans le but de déterminer les voies réactionnelles principales de l’oxydation ; une étude des mécanismes a été proposée. Le succès de cette fonctionnalisation contrôlée d’un alcane pourrait constituer un début de remise en cause des barrières de principe contre l’utilisation industrielle des plasma en chimie de synthèse<br>The present thesis relates the integration of nonthermal plasma inside a biphasic gas-liquid microfluidic chip. It evaluates the ability of plasma activation to become a synthetic tool for a greener organic chemistry operating in mild conditions and without catalyst. Few preceding works on plasma chemistry involved a liquid phase and none of them was able to handle the high reactivity of plasma to achieve both high conversion rate and selective reactions. We developed and fabricated a glass-polymer microfluidic chip comprising a one-metre-long serpentine channel, in which a parallel gas-liquid flow was stabilized thanks to a specific step-like cross-sectional shape. An AC high voltage linked to transparent ITO electrodes produced a homogeneous atmospheric pressure Townsend discharge all along the channel. We assessed the behaviour of the flow through optical observations and characterized the discharge through electrical measurements and real time intensified-CCD monitoring. Liquid cyclohexane was successful treated with pure oxygen plasma inside our chip. The GC analysis of the outflowing liquid revealed a partial oxidation of cyclohexane into a mixture of cyclohexanol, cyclohexanone (both industrially known as "KA oil"), and cyclohexyl hydroperoxide, with a routine performance of 10-20% conversion for 70-80% selectivity. A numerical simulation was performed to identify the main reactive route and a mechanistic study was conducted. Through this controlled activation and functionalization of an alkane by means of plasma discharges, we claim to have successfully overcome some of the principle barriers towards an industrially relevant plasma chemistry
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Sarra-Bournet, Christian. "FONCTIONNALISATION DE SURFACE DE POLYMÈRES PAR PLASMA À LA PRESSION ATMOSPHÉRIQUE : Amination de surface et dépôt de couches minces par un procédé de décharge par barrière diélectrique." Thesis, Université Laval, 2009. http://www.theses.ulaval.ca/2009/26904/26904.pdf.
Full textAbstract:
L’objectif de la présente thèse a été de développer des procédés de modification de surface de polymères par plasma à la pression atmosphérique pour la fonctionnalisation de surface en groupements amine (NH2) visant des applications dans le domaine biomédical. Le procédé à la pression atmosphérique vise à éliminer la nécessité d'un système à vide et ainsi développer une technique aussi performante et peu coûteuse pour s'approcher d'un procédé industriel. Le mode de génération du plasma choisi est une décharge contrôlée par barrière diélectrique (DBD). Deux stratégies de modification de surface ont été investiguées : l’amination de surface et le dépôt de couches minces fonctionnalisées. Les deux types de modifications de surface induites ont été caractérisés par Spectroscopie de Photoélectrons induits par Rayons-X (XPS), Spectrométrie de Masse d’Ions Secondaires par Temps de Vol (ToF SIMS), spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR), Angle de Contact (CA), Microscopie à Force Atomique (AFM) et Microscopie Électronique à Balayage (MEB).
Pour l’amination de surface, les résultats ont démontré l’importance de H2 et de ses espèces dérivées dans la fonctionnalisation de groupements amine sur la surface de polymère dans une DBD à la pression atmosphérique de N2-H2. De plus, les connaissances obtenues permettent d’envisager le contrôle et l’optimisation de la concentration et la spécificité de la modification de surface pour les groupements amine greffés en surface des polymères. Les couches minces fonctionnalisées obtenues en atmosphère de N2-C2H4 présentent une concentration en azote variable en fonction du ratio gaz réactif/gaz vecteur (C2H4/N2) tout en ayant une concentration d’amines constante. Les coefficients de collage et/ou la mobilité des différentes espèces présentes en fonction du temps de résidence dans la décharge mènent à différentes morphologies. L’ajout d’H2 dans la décharge conduit à la formation de nanoparticules et de nouvelles structures, appelées « nanobâtonnets », qui présentent des dimensions anisotropiques importantes (100-200 nm de diamètre pour 1-10 m de long). Finalement, la fonctionnalisation de surface obtenue avec une DBD à pression atmosphérique est une méthode efficace, peu coûteuse pour la création de modification de surface uniforme de groupements amine qui peuvent subséquemment être utilisés pour greffer diverses fonctionnalités chimiques utiles pour diverses applications.<br>The objective of this thesis was to develop surface modification processes using atmospheric pressure plasma for the surface functionalization of polymers with amino groups (NH2) for biomedical applications. Developing a process working at atmospheric pressure aims to eliminate the need for a pumping system, thus obtaining a technology that would be efficient and low cost for an industrial process. The plasma generation mode chosen was a dielectric barrier discharge (DBD). Two surface modification strategies were investigated: Surface plasma amination and plasma thin film deposition. The two different types of surface modifications were characterized by X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF SIMS), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Contact Angle goniometry (CA), Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM).
On one hand, surface plasma amination, results demonstrate the importance of H2 and its derived species for amino groups functionalization on the surface of polymers in an atmospheric pressure DBD in N2-H2. Moreover, the obtained knowledge allows now the possibility to control and optimize the surface density and surface modification specificity for amino groups. On the other hand, the functionalized thin films obtained in an atmosphere of N2-C2H4 reveals a highly variable nitrogen concentration as a function of the reactive gas/carrier gas (C2H4/N2) while the surface density in amino groups is constant. Sticking coefficients and/or surface mobility of the different species created as a function of time residence in the discharge lead to different coating morphologies. The addition of H2 in the discharge leads to the formation of nanoparticles and new structures, named “nanorods” that present anisotropic dimensions (100-200 nm in diameter for 1-10 m in length).
Finally, atmospheric pressure DBD surface functionalization is an efficient and low cost technique for the creation of uniform surface modification with amino groups that can be later used to covalently graft various chemicals functionalities; chemical functionalities that can be used for various applications.
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Affonso, Nobrega Pedro Henrique. "Conception et mise au point d’un réacteur plasma innovant pour le traitement de composés organiques volatils en milieu industriel." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEM042/document.
Full textAbstract:
Des composés organiques volatils (COV) présents dans l'air peuvent avoir un fort impact odorant et doivent être traités. Des techniques de traitement classiques permettent de récupérer ou détruire ces composés. Cependant, ces techniques ne sont pas adaptées aux forts débits d'air et/ou aux faibles concentrations, caractéristiques de certains procédés industriels émetteurs de COV. Une alternative prometteuse est l'utilisation de plasmas non-thermiques. Ce type de plasma, obtenu par des décharges électriques hors-équilibre thermodynamique, contient des espèces réactives qui provoquent la destruction des composés organiques volatils. Cette thèse vise à concevoir, construire et tester un réacteur basé sur des plasmas non-thermiques pour le traitement de COV à l'échelle pilote, afin de démontrer la faisabilité d'un tel procédé pour le traitement d'odeurs présentes dans un effluent industriel. Les résultats obtenus montrent que, couplé à un catalyseur, le traitement d'odeurs par plasma non-thermique a un vrai potentiel d'application à l'échelle industrielle. En parallèle, cette thèse cherche à mieux comprendre le rôle des transferts de masse au sein d'un réacteur à l'aide d'un modèle analytique et de simulations numériques. Nous montrons que ces transferts peuvent devenir le processus limitant dans le traitement, et demandent donc une attention particulière lors du design d'un réacteur basé sur des plasmas non-thermiques<br>Volatile organic compounds (VOC) present in the atmosphere may have a strong odour impact and, being so, must be treated. Some long-established treatment techniques may be able to recover or destruct these compounds. However, these techniques are not suitable for high flow rates and/or low concentrations, typical conditions found in certain VOC-emitting industrial processes. A promising alternative is the use of non-thermal plasmas. This kind of plasma, obtained through non-equilibrium electric discharges, produce reactive species that prompt the destruction of volatile organic compounds. This thesis aims to conceive, build and test a reactor based on non-thermal plasmas for the abatement of volatile organic compounds at pilot scale, in order to demonstrate the feasability of using such a process to treat odourous compounds present in an industrial effluent. The obtained results show that, combined with a catalyst, the use of non-thermal plasmas for odour control in industrial scale has a real potential. In parallel, this thesis seeks a better understanding of the role played by mass transfer in a non-thermal plasma reactor through the use of an analytical model and numerical simulations. We show that mass transfer may become the limiting process of the treatment, and therefore requires special care throughout the design of a non-thermal plasma reactor
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Lovascio, Sara. "Cold Plasma deposition of organosilicon films with different monomers in a dielectric-barrier discharge." Phd thesis, Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066069.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur une étude fondamentale sur le dépôt des couches minces d’organosiliciés par des Décharges à Barrière Diélectrique (DBD), un procédé très intéressant pour l’application aux textiles. La plupart des dépôts des couches d’oxyde de silicium sont déposées à partir du précurseur hexaméthyle silixone (HMDSO). De plus très peu d’études sont consacrées aux mécanismes de dépôt des couches à la pression atmosphérique. Dans cette étude les propriétés des couches minces déposées par DBD alimentées par Ar/HMDSO/O2, Ar/PMDSO (pentaméthyldisiloxane)/O2 et Ar/TMDSO (tetraméthyldisiloxane)/O2, avec différentes proportions de l’oxygène, ont été confrontées aux analyses, par GC-MS, des gaz sortant du réacteur. Nous avons trouvé que l’ajout d’O2 au gaz d’alimentation n’améliore pas l’activation du précurseur organosilicié, même s’il augmente la puissance injectée. En revanche il influence fortement la composition chimique des dépôts et favorise une forte réduction de la concentration des sous-produits dans le gaz sortant du réacteur. Sans ajout de l’O2, des couches minces obtenues contiennent beaucoup de carbone , avec rétention de la structure du précurseur de départ. En réduisant le nombre de –CH3 dans le précurseur (HMDSO>PMDSO>TMDSO), le nombre et l’abondance des sous-produits détectés dans le gaz sortant du réacteur diminuent fortement. Il semblerait que les unités de répétition diméthylsiloxane et hydrométhylsiloxane jouent un rôle important dans l’oligomérisation des trois précurseurs. Différents mécanismes d’activation, ainsi que différents procédés de formation des groupes Si-OH dans les dépôts, ont été proposés pour les trois précurseurs.
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Leray, Alexis. "Identification des mécanismes physico-chimiques impliqués dans le post-traitement plasma des gaz d'échappement et études comparatives des différentes technologies plasma." Thesis, Orléans, 2012. http://www.theses.fr/2012ORLE2049.
Full textAbstract:
Le nouveau mode de combustion HCCI est adapté pour réduire les émissions d’oxydes d’azote et de particules fines issues de moteurs Diesel afin de respecter les futures normes d’émission Euro de plus en plus drastiques. Ce type de combustion se traduit par l’augmentation des émissions de monoxyde de carbone et des hydrocarbures et par une faible température des gaz d’échappement retardant ainsi leur conversion par le catalyseur d’oxydation Diesel (DOC). C’est dans ce contexte environnemental et économique que le couplage plasma-catalyseur apparait comme une solution intéressante afin d’améliorer l’efficacité du traitement des gaz d’échappement Diesel. Cette thèse est dédiée à l’étude du couplage d’un plasma non-thermique de type décharge à barrière diélectrique (DBD) et d’un catalyseur d’oxydation Diesel (Pt-Pd/Al2O3) pour le traitement de mélanges gazeux représentatifs d’un échappement de moteur Diesel HCCI (O2-NO-H2O-CO-CO2-CH4-C3H6- C7H8-C10H22-N2). Les expériences avec un réacteur plasma pilote ont été menées sur deux bancs expérimentaux : le premier à l’échelle laboratoire en vue de comprendre la physico-chimie impliquant le plasma et le catalyseur avec une attention particulière pour les sous-produits de réaction, et le second à l’échelle industriel afin de déterminer l’efficacité et la faisabilité d’un tel couplage dans les conditions de débit et de température les plus proches possibles de celles rencontrées en sortie moteur véhicule. L’étude menée en fonction de la puissance injectée dans le milieu, la VVH, la température des gaz, ainsi que la nature du cycle de roulage a permis de montrer l’efficacité du plasma pour abaisser de façon significative la température d’activation du DOC pour l’oxydation de CO et des hydrocarbures. Aussi, la présence du plasma en amont du DOC a permis, sur un cycle NEDC simulé, une réduction de 68% et 42% des masses de CO et des hydrocarbures émis en accord avec la norme Euro6 (2014). L’efficacité du plasma pour l’oxydation des hydrocarbures et de NO à basse température dans ces conditions de débits élevés (jusqu’à 900 Lmin−1 sur le cycle NEDC) a été confirmée et les principaux produits de réaction identifiés et quantifiés<br>The new HCCI combustion mode is well adapted to improve nitrogen oxide and particulate matter reduction from Diesel engine in order to meet future emission regulations adopted in the Euro zone. However, HCCI engines emit relatively high amounts of unburned hydrocarbons and carbon monoxide due to lower engine exhaust temperature increasing the catalyst light-off time and decreasing the average efficiency of the Diesel oxidation catalyst (DOC). In this environmental and economic context, the combination of plasma with DOC has been considered especially for intermittent use during the cold start. The thesis presents the combination of nonthermal plasma upstream Diesel oxidation catalyst (Pt-Pd/Al2O3) applied to the treatment of simulating Diesel HCCI exhaust gas (O2-NO-H2O-CO-CO2-CH4-C3H6-C7H8-C10H22-N2). The studies were conducted at atmospheric pressure with a pilot-scale dielectric barrier discharge reactor (DBD) on two experimental devices. The first is a laboratory scale set-up (low flow rate : 20 Lmin−1) used to understand the physico-chemical involving the plasma and the catalyst by focusing on the by-products reactions. The second is an industrial scale (gas flow rate up to 260 Lmin−1) used to study the feasibility and the efficiency of the plasma-DOC system under conditions similar to those encountered in Diesel exhaust engine. The effects of the plasma, the DOC and the plasma-DOC systems on the exhaust gas have been investigated under various conditions. The main contribution of the plasma was to give a « thermal » and a chemical « push » to the DOC resulting in the decrease of light-off temperature for CO and HC oxidation. These improvements were shown to depend on the treatment conditions (injected energy i.e. energy density, space velocity, gas temperature and nature of the driving cycle). It is shown that for a simulated European Driving Cycle (NEDC), the combination of plasma upstream DOC reduces the cumulative mass of CO and hydrocarbons by about 68% and 42%, respectively, in accordance with the Euro 6 standard (2014). The efficiency of plasma for hydrocarbons and NO oxidation at low temperature in high flow conditions (up to 900 Lmin−1 on the NEDC) has been confirmed and the main reaction products identified and quantified
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Merche, Delphine. "Synthèse et caractérisation de couches de polystyrène et de polystyrène sulfoné obtenues par polymérisation-plasma à pression (sub)-atmosphérique." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2011. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209871.
Full textAbstract:
Lors de ce travail, de fins films de polystyrène ont été déposés dans la post-décharge d’une torche plasma atmosphérique commerciale, mais aussi dans la décharge d’une DBD (Décharge à Barrière Diélectrique), conçue et développée par nos soins au laboratoire. Une DBD est un procédé permettant d’obtenir des plasmas froids à pression atmosphérique. <p><p>Nos résultats ont montré que la DBD permettait d’obtenir des films de polystyrène de meilleure qualité (degré d’oxydation moindre…) qu’avec la torche commerciale en raison de l’atmosphère contrôlée de l’enceinte DBD. Les films sont déposés en présence d’un gaz porteur (Ar ou He dans la DBD). Nous avons pu mettre en évidence l’influence de la nature de ce gaz porteur sur la structure des films (degré de branchement, et de réticulation des films et de préservation des cycles aromatiques de la molécule de départ). <p><p>Les dépôts de polystyrène sulfoné ont été synthétisés dans la DBD en une seule étape, par « copolymérisation » de deux précurseurs (styrène et acide trifluorométhane sulfonique) injectés simultanément dans la décharge. Ces membranes pourraient servir d’électrolyte dans les piles à combustibles miniaturisées de type PEMFC (« Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell »), utilisant de l’hydrogène ou du méthanol et ce pour des applications portables. <p><p>L’acide trifluorométhane sulfonique permet le greffage de groupements sulfoniques échangeurs d’ions (nécessaires pour la conductivité de la membrane) sur le squelette de polystyrène. <p><p>La complémentarité des différentes techniques spectroscopiques utilisées -Spectroscopie des Photoélectrons X (XPS), Infra-Rouge à Transformée de Fourier (FTIR), Spectroscopie des Ions Secondaires (SIMS) statique et dynamique- ont montré que les groupements acides sulfoniques (bien préservés dans la décharge à pression sub-atmosphérique) étaient bien greffés dans la matrice de polystyrène, et ce sur toute l’épaisseur de la membrane. L’influence des paramètres (température de l’acide, tension appliquée entre les électrodes, nature du gaz porteur…) sur la quantité de groupements ionisables greffés, sur la vitesse de dépôt et aussi sur la morphologie des films a été étudiée respectivement par XPS et par microscopie. <p><p>En plus des dépôts sur substrats usuels (Si, acier…) utilisés pour les caractérisations chimiques, nous avons synthétisé les films directement sur des électrodes de carbone enrichies en platine.<p> <p>Nous avons déposé le catalyseur à partir d’une solution colloïdale de platine nébulisée dans la post-décharge d’une torche plasma atmosphérique sur des couches de carbones poreuse et sur du carbone vitreux (utilisé comme modèle pour le profilage par SIMS dynamique) dans différentes configurations et ce pour différents paramètres afin de constituer des électrodes servant de substrat pour l’adhésion de la membrane-plasma pour des perspectives d’assemblage membrane-électrodes pour PAC. /<p><p>\<br>Doctorat en Sciences<br>info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Quezada, Maxwell Josias. "Hydrogénation catalytique de CO₂ en méthanol en lit fixe sous chauffage conventionnel et sous plasma à DBD ZSM-5 surface modification by plasma for catalytic activity improvement in the gas phase methanol-to-dimethylether reaction." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMIR12.
Full textAbstract:
L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’optimisation de la production de méthanol par hydrogénation de CO₂ en synthétisant des nouveaux catalyseurs sous forme d’extrudés pour un usage industriel. Six catalyseurs à base de Cu et ZnO supportés sur de l’alumine et des ZSM-5 ont été préparés et testés. A 36 bar et sous chauffage conventionnel, le CuZnO/Al₂O₃ a montré le meilleur rendement en méthanol. Un procédé industriel basé sur ce catalyseur a été proposé et optimisé. L’influence de l’extraction de l’eau et du méthanol du milieu réactionnel en utilisant deux réacteurs en série au lieu d’un a été étudié et il a été trouvé que cela augmente le rendement en méthanol considérablement. Sous plasma à DBD et à 1 bar, le Cu/Al₂O₃ donne des meilleures conversions de CO₂, alors que le CuZnO/ZSM-5 montre des meilleurs rendements en méthanol. Cela a été attribuée à la conductivité ionique et à la constante diélectrique des matériaux<br>The objective of this thesis is to contribute to the optimisation of the production of methanol by hydrogenation of CO₂ by synthesising new catalysts in the form of extrudates for industrial use. In this regard, six Cu-ZnO based catalysts supported on alumina and ZSM-5 were prepared and tested. At 36 bar and under conventional heating, the CuZnO/Al₂O₃ showed the best methanol yield. An industrial process based on this catalyst has been proposed and optimised. The influence of extracting water and methanol from the reaction medium using two reactors in series instead of one was investigated and it was found to increase methanol yield considerably. Tests at atmospheric pressure and under DBD plasma showed that the Cu/Al₂O₃ gives better CO₂ conversions, while the CuZnO/ZSM-5 showed better methanol yields. This was attributed to the ionic conductivity and the dielectric constant of the catalysts
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Vandenabeele, Cédric. "Étude des mécanismes d'adhésion entre une gomme caoutchouc et un fil métallique revêtu d'une couche mince déposée par plasma." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0047/document.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est de développer un procédé plasma qui puisse se substituer au procédé de dépôt électrolytique de laiton, actuellement appliqué sur les fils d'acier utilisés comme matériaux de renforcement dans un pneu, pour les faire adhérer au caoutchouc. La stratégie employée consiste à déposer une couche mince organochlorée en continu sur un fil d'acier zingué, qui traverse une décharge à barrière diélectrique tubulaire, fonctionnant à la pression atmosphérique, dans une configuration fil-cylindre. Dans un premier temps, les travaux se concentrent sur la caractérisation de la décharge et de la couche mince déposée à la fois en mode statique (substrat immobile dans le réacteur) et dynamique (substrat en défilement). Des relations sont établies entre les paramètres plasma (puissance dissipée dans la décharge, fréquence de la source haute tension, flux de précurseur), les propriétés de la décharge et les caractéristiques du revêtement plasma. Des études morphologique, cinétique et chimique de la couche mince sont réalisées. Dans un second temps, la préparation de la surface du substrat et le dépôt plasma sont optimisés pour permettre d'obtenir les meilleurs niveaux d'adhésion entre l'acier zingué et le caoutchouc. À l'issue de ce travail d'optimisation, des analyses sont réalisées pour identifier la nature de la nouvelle interphase d'adhésion. Cette étude se conclut alors par une discussion sur l'origine possible des liens qui s'opèrent dans ce nouveau système<br>The primary objective of this thesis project is to develop a plasma process able to replace the electrolytic brass plating process, which is currently performed on steel wires used as reinforcing materials in tires to make them bond with rubber. The chosen strategy consists in depositing organo-chlorinated thin films in a continuous way on zinc-plated steel wires going across a tubular atmospheric pressure dielectric barrier discharge in a wire-cylinder configuration. In a first time, works focus on characterization of both the discharge and the plasma layer, deposited in the static (substrate stationary in the reactor) and dynamic (moving substrate) modes. Relationships are established between the plasma parameters (power dissipated in the discharge, high voltage source frequency, precursor flow rate), the discharge properties and the thin film characteristics. Morphological, kinetic and chemical studies of the plasma layer are carried out. In a second time, the substrate surface preparation and the coating are optimized to enhance the adhesion between zinc-plated steel wires and rubber. Analyses are performed to identify the new adhesion interface nature. At the end of this study, hypotheses concerning the adhesion origin in this system are formulated
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de, Mejanes Naomi. "Étude fondamentale d’une Décharge à Barrière Diélectrique en N2 à la pression atmosphérique en régime de Townsend." Thesis, 2019. http://hdl.handle.net/1866/25492.
Full textAbstract:
L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de caractériser une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) à la pression atmosphérique dans l’azote en régime homogène. L’objectif est d’une part de mettre en évidence les différents paramètres fondamentaux de ces décharges (température électronique, densité électronique, densité d’espèces excitées et métastables) mais aussi leurs évolutions spatio-temporelles.
Dans ce contexte une électrode fractionnée a été réalisée afin de caractériser la décharge le long du flux de gaz et des mesures de spectroscopie d’émission optique résolues spatialement et temporellement ont été utilisées afin d’étudier la physico-chimie de ces décharges.
Des variations de tension de claquage et de courant de décharge ont pu être observées entre l’entrée et la sortie du réacteur plasma. Cette variation a pu être reliée à une modification de la population de métastables d’azote N2(A) le long du flux de gaz. De plus, aucune variation significative de la température électronique n’a été relevé.
Dans ce travail, des effets d’étalement de la décharge de Townsend ont été mis en évidence grâce à une méthode simple et rapide d'estimation de la surface de décharge. La décharge s’initie d’abord en sortie à cause d’une plus forte population d’espèces énergétiques par rapport à l’entrée. Les mauvaises estimations de surface de décharge conduisent à de mauvaises estimations des valeurs des capacités du circuit équivalent et donc à des paramètres électriques tels que le courant de décharge et la tension appliquée au gaz erronés. Ceci peut donner lieu à de mauvaises interprétations de la physique des DBD. La méthode proposée peut s’appliquer avec ou sans électrode fractionnée ainsi qu’en présence d’espèces réactives appropriées pour le dépôt de couches minces fonctionnelles et multifonctionnelles.<br>The objective of this master thesis is to characterize a Dielectric Barrier Discharge (DBD) at atmospheric pressure in nitrogen gas in a homogeneous regime. The objective is on the one hand to highlight the different fundamental parameters of these discharges (electronic temperature, electronic density, density of excited and metastable species) but also their spatio-temporal evolutions.
In this context a structured electrode was made to characterize the discharge along the gas flow lines as well as optical emission spectroscopy measurements to study the physical chemistry of these discharges.
Variations in breakdown voltage and discharge current could be observed between the entrance and the exit of the plasma reactor. This variation could be related to a change in the metastable population of nitrogen N2(A) along the gas flow. In addition, no significant variation in the electronic temperature was noted.
In this work, spreading effects of the Townsend discharge were highlighted by a simple and quick method of estimating the discharge area. The discharge is initiated at the exit due to a larger population of energy species compared to the entrance. Wrong discharge area estimates lead to poor estimates of capacitance values of the equivalent circuit and thus to incorrect electrical parameters such as discharge current and gas voltage. This can lead to misinterpretations of DBD physics. The proposed method can be applied with or without fractional electrode, and also in the presence of reactive species suitable for thin-film deposition.
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Guemmache, Karim. "Étude électrique et spectroscopique des décharges à barrière diélectrique à la pression atmosphérique en milieux réactifs." Thèse, 2019. http://hdl.handle.net/1866/23813.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans le cadre de ce mémoire s’intéresse à l’étude des plasmas à la pression atmosphérique en configuration décharge à barrière diélectrique (DBD), pertinents pour le traitement de surface. Plus spécifiquement, les DBDs à l’étude sont en milieux réactifs pour le dépôt de couches minces (multi)fonctionnelles, soit en présence d’un précurseur organosilicié (HMDSO) et/ou d’un agent oxydant (N₂O). L’étude est centrée sur l’analyse de deux propriétés fondamentales du plasma : la température électronique (Tₑ) et la densité des atomes d’hélium dans un état métastable (n_He(2³S)). La première est étudiée en ayant recours à des mesures des populations des niveaux n=3 de l’hélium par spectroscopie optique d’émission, alors que la seconde l’est à partir de ces mêmes mesures couplées à des mesures électriques. La particularité de cette étude est la mise au point de nouveaux diagnostics électriques et spectroscopiques pour réaliser des mesures résolues spatialement, c'est-à-dire en fonction du temps de résidence (t_res) du mélange gazeux injecté en continu. Dans les milieux réactifs étudiés, ces nouveaux diagnostics montraient des changements dans les caractéristiques courant-tension entre l’entrée et la sortie de la décharge. Cependant, Tₑ conservait un profil homogène spatialement alors que la n_He(2³S) se montrait relativement plus faible en entrée, de par leurs interactions avec les précurseurs et les impuretés présents dans ces milieux. L’analyse des signatures optiques du HMDSO dans le volume de la décharge a aussi permis de faire des liens avec les propriétés de surface des couches réalisées en conditions similaires. Notamment, les mesures de vitesse de dépôt observées sur les couches, étant plus faibles avec l’augmentation du t_res, ont pu être liées aux émissions des fragments carbonés, plus fortes en entrée, ainsi qu’à la n_He(2³S), plus faible à cet endroit, sachant que ces derniers jouent un rôle important dans la fragmentation du précurseur HMDSO. De plus, l’analyse de rapport d’intensités d’émissions de ces fragments semble montrée une tendance similaire aux rapports atomiques O/C obtenus par mesures de spectroscopie à rayon X (XPS) sur les couches produites, mais l’interprétation de ces évolutions se veut plus complexe.<br>The work presented in this master’s thesis focuses on the study of atmospheric pressure plasmas in a dielectric barrier discharge (DBD) configuration, which are relevant for surface treatment. More specifically, the DBDs under study are in reactive media for the deposition of (multi)functional coatings, either in the presence of an organosilicon precursor (HMDSO) and/or an oxidizing agent (N₂O). The study focuses on the analysis of two fundamental plasma properties: the electron temperature (Tₑ) and the density of helium atoms in a metastable state (n_He(2³S)). The first is studied using measurements of the n = 3 level helium populations by optical emission spectroscopy, while the second is based on these same measurements coupled with electrical measurements. The peculiarity of this study is the development of new electrical and spectroscopic diagnoses to carry out spatially resolved measurements, that is depending on the residence time (t_res) of the gas mixture injected continuously. In the reactive media studied, these new diagnoses showed changes in the current-voltage characteristics between the entrance and the exit of the discharge. However, the Tₑ maintained a spatially homogeneous profile while the n_He(2³S) was relatively lower at entry, because of their interactions with the precursors and the impurities present in these media. The analysis of the HMDSO optical signatures in the discharge volume also made it possible to establish links with the surface properties of the coatings produced under similar conditions. In particular, the measurements of deposition rate observed on the coatings, being lower with the increase of the t_res, could be linked to the emissions of the carbonaceous fragments, stronger at the entrance, as well as to the n_He(2³S), weaker here, knowing that they play an important role in the fragmentation of the HMDSO precursor. Moreover, the analysis of emission intensity ratios of these fragments seems to show a similar trend to the O/C atomic ratios obtained by X-ray spectroscopy (XPS) measurements on the coatings produced, but the interpretation of these evolutions is more complex.