Equipe Plasmas Froids
Les plasmas froids sont utilisés dans un très grand nombre de domaines industriels, des nanotechnologies à l’environnement en passant par l’aérospatial. Les activités de l’équipe, à la fois expérimentales et théoriques, visent à comprendre les mécanismes fondamentaux et à favoriser le transfert technologique.
Les "plasmas froids" désignent tous les gaz ionisés où les électrons peuvent être chauffés à des dizaines de milliers de degrés Kelvin, mais le gaz environnant ainsi que les ions positifs restent à des températures proches de la température ambiante (bien qu’ils puissent tout de même atteindre des centaines de degrés). Étant donné que les électrons sont très légers, ils ne peuvent pas transférer leur "chaleur" aux particules plus lourdes. Cette situation, où des particules coexistantes ont des températures différentes, est appelée "équilibre non thermique."
Deux phénomènes découlent de cela et caractérisent les spécificités des plasmas froids :
- Les ions positifs peuvent être accélérés vers les parois des réacteurs ou d’autres surfaces, induisant une pulvérisation physique ou favorisant des processus chimiques.
- Les électrons peuvent transférer suffisamment d’énergie à des particules neutres pour les rendre chimiquement réactives, notamment par la dissociation moléculaire et l’excitation d’états énergétiques très courts ou (méta)stables.
Ces deux phénomènes, soit seuls, en combinaison, voire en synergie, créent une large gamme de processus physico-chimiques dans la phase gazeuse et sur les surfaces exposées au plasma.
L’équipe des plasmas basse température est dédiée à l’étude de la physico-chimie de ces environnements en équilibre non thermique, couvrant un spectre allant des études fondamentales de la physique atomique et moléculaire jusqu’au transfert technologique. Cette recherche implique des travaux expérimentaux basés sur des diagnostics optiques innovants et des travaux théoriques, une part importante étant consacrée aux simulations numériques de pointe. Cette interaction étroite entre la théorie et l’expérience est une pierre angulaire de l’équipe, générant de nombreuses publications parmi ses membres et abordant des questions fondamentales telles que le couplage entre le champ électromagnétique et le plasma, l’interaction plasma-surface et la réactivité chimique, le transport et les phénomènes d’accélération des particules, ainsi que le couplage plasma-flux, qui sont des points clés pour diverses applications.
Au laboratoire, ces plasmas sont générés par une source d’énergie électromagnétique externe à l’intérieur de réacteurs remplis de gaz. Le contrôle des paramètres externes tels que la pression et la composition du gaz, la géométrie du réacteur, et les caractéristiques de la puissance électrique (fréquence, forme d’impulsion, amplitude) permet de créer une large gamme de systèmes à étudier.
Les processus de collision, qu’ils soient élastiques ou inélastiques impliquant des espèces chargées ou neutres, contrôlent les distributions d’énergie des particules (électrons, ions, états rovibrationnels, etc.), qui peuvent s’écarter considérablement d’une distribution de Maxwell-Boltzmann. Les mécanismes de transport d’énergie dans des systèmes avec de forts gradients spatio-temporels sont également cruciaux pour décrire ces environnements. De plus, l’étude de ces plasmas ne peut être séparée de l’interaction avec les surfaces avec lesquelles ils sont en contact. Tous ces aspects souffrent souvent d’un manque de données théoriques et/ou expérimentales fondamentales nécessaires à l’établissement de modèles prédictifs. Pour relever ces défis, l’équipe structure ses activités autour de cinq axes principaux.
Le premier axe, (i) - Sources de référence pour la détermination des données fondamentales , vise à concevoir des réacteurs simples pour isoler l’effet de certains processus de collision individuels, fournissant des contraintes rigoureuses sur les valeurs de sections efficaces ou les constantes de réaction de ces processus. Cet axe inclut également des expériences de spectroscopie dédiées à la détermination de quantités atomiques. Le deuxième axe, (ii) - Limites spatiales et temporelles dans les plasmas , se concentre sur des sources de plasma complexes aux limites des échelles spatio-temporelles étudiées à ce jour dans les plasmas froids (échelles nanoseconde et nanomètre). Ces deux axes reposent sur le développement de diagnostics optiques avancés dans le troisième axe, (iii) - Diagnostics optiques avancés . Le quatrième axe, (iv) - Théorie, simulation et expériences numériques , se concentre sur les outils théoriques et les simulations numériques étroitement liés aux mesures expérimentales, soit en développant des comparaisons quantitatives, soit en permettant l’interprétation des signaux expérimentaux grâce à la reproduction numérique de l’expérience. Les travaux menés dans les axes (i) à (iv) permettent une compréhension approfondie des systèmes étudiés, qui, en fin de compte, forme la base du développement de systèmes applicatifs innovants au cœur des transferts technologiques, constituant le cinquième axe de recherche de l’équipe (v) - Vers le transfert de technologie . Enfin, les installations expérimentales de l’équipe bénéficient de l’expertise du groupe de support technique, qui non seulement gère la configuration et la maintenance des expériences, mais contribue également activement aux nouveaux développements.
- Alejandro Alvarez-Laguna | Chercheur CNRS
- Christophe Blondel | Chercheur CNRS
- Jean-Paul Booth | Chercheur CNRS
- Anne Bourdon | Chercheur CNRS
- Pascal Chabert | Chercheur CNRS
- Cyril Drag | Chercheur CNRS
- Thierry Dufour | Enseignant-chercheur Paris-Sorbonne
- Olivier Guaitella | Chercheur Polytechnique
- David Pai | Chercheur CNRS
- Jean-Luc Raimbault | Enseignant-chercheur Paris-Saclay
- Antoine Rousseau | Chercheur CNRS
- Svetlana Starikovskaia | Chercheur CNRS
- Tsanko Tsankov | Professeur junior CNRS
- Doctorants
- Pierre Amadio
- Jean-Baptiste Billeau
- Blandine Berdugo
- Anatole Berger
- Sophie Bravo
- Elena Capuzzo
- Alexandre Desparmet
- Korentin Géraud
- Benjamin Labérie
- Victor Lafaurie
- Nicolas Lequette
- Thi Huyen Nguyen
- Eve Pachoud (collaboration with ONERA)
- Romain Pioch (collaboration with ONERA)
- Kasidapa Polprasarn
- Louis Reboul (collaboration with CMAP)
- Louis Saugé
- Dihya Sadi
- Zhan Shu
- Ayah Taihi
- Léna Taras
- Yuhui Wang
- Shu Zhang
- Post-doctorants & CDD
- Edmond Baratte
- Maik Budde
- Rodolphe Da Silva
- Antoine Herrmann
- Sijun Kim
- Jeoffrey Kreyder
- Federico Petronio
