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Accueil > Axes de Recherche > PPANAM > OR Interaction Plasma/Surface et Microplasmas > Présentation Générale

Présentation plasma/surface

par Damien Faurie - publié le , mis à jour le

Cette OR a effectué une quasi-reconversion thématique ces dernières années en évoluant de l’étude de l’interaction plasmas - surface carbonée vers l’interaction plasmas – surfaces métalliques (W, Al), amenant à développer des collaborations internes avec les métallurgistes du laboratoire (code MRE de chargement en hydrogène de métaux). Ces activités sont essentielles pour l’étude du comportement des matériaux pertinents pour la fusion (plasmas de bord de tokamak), reconnues par la fédération de recherche en fusion contrôlée magnétique (FR-FCM) et EUROfusion. En particulier, les mécanismes de production, transport, et chargement en hydrogène (et isotopes) de poussières métalliques (tungstène en particulier) reste un sujet intéressant la communauté Fusion, et est en cours d’étude par une double approche : expérimentale (générateur de poussières ECR) et modélisation.
Les dispositifs expérimentaux dédiés jusqu’à ce jour pour l’étude de l’IPS dans le contexte « plasmas de bord » sont aussi utilisés pour des études exploratoires de synthèse de matériaux d’intérêt, tels que des composites carbone-métal par exemple. Des couches minces nanostructurées (plutôt oxydes) sont également synthétisées par procédés sol-gel et fonctionnalisées par plasma, en vue de tester leurs performances pour des applications diverses (photovoltaïques, …).
Enfin, un nouvel axe d’étude important est en développement au sein de l’OR, i.e. la conception de sources d’atomes (azote notamment) en utilisant :
- 1/ Des plasmas microonde de haute densité énergétique (Projet ANR Blanc ASPEN, collaboration EM2C-CentraleSupélec et LPP-Polytechnique). L’OR contribue à améliorer la compréhension des processus de dissociation impliquant des états électroniques excités de N2 qui sont source de N atomique, via (i) l’utilisation de deux dispositifs de décharges micro-ondes, i.e. le réacteur basse pression ECR CASIMIR pour le régime noncollisionnel, et une micro-décharge micro-onde reposant sur l’utilisation d’une ligne de transmission micro-strip fonctionnant à la pression atmosphérique ; et (ii) le développement de modèles tout d’abord 0-D pour une description fine de la cinétique des états excités et ionisés, puis 2-D autocohérent, pour pouvoir notamment traiter la dynamique des décharges micro-strips. Le diagnostic des sources micro-ondes sera assuré entre-autre à l’aide de la chaine laser rapide (picoseconde) financée par le contrat d’équipement régional SESAME DIAGPLAS.
- 2/ Un réacteur matriciel de microplasmas à cathodes creuses, avec pour objectif dans les 5 prochaines années de poursuivre et consolider le travail déjà engagé sur la mise au point, la caractérisation et la modélisation de ce réacteur pour la synthèse de matériaux avancés. Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est notamment visé. Des recherches théoriques et expérimentales sont en cours pour comprendre les mécanismes fondamentaux qui gouvernent le procédé de dépôt (notamment la dissociation de N2 moléculaire en N atomique) et optimiser le réacteur. Ces travaux se placent dans le cadre du projet ANR JCJC DESYNIB d’une durée de 4 ans qui a démarré en 2016. Deux réacteurs d’étude sont développés en parallèle, (i) un dédié au diagnostic de la décharge plasma, notamment au travers de techniques avancées en cours de développement au laboratoire (spectroscopie laser rapide ps, via le projet d’équipement régional SESAME DIAGPLAS), et (ii) un second utilisé pour le dépôt de couches minces de h-BN. Les travaux réalisés dans le cadre de cette action se font en lien étroit avec les acteurs du projet ANR ASPEN (mise au point de source d’atomes N efficace) et l’OR « Diamant et matériaux carbonés » (expertise sur la croissance des matériaux à grands gap).