(a) Spectre d’émission d’une plume plasma d’hé-lium d’après Walshet al.[142]
N2_337.1nm
(b) Évolution des espèces au cours de la propaga-tion, d’après Xionget al.[105]
Figure I.22 – Évolution des espèces présentes au sein d’une plume plasma.
moins concentrées, d’où un effet biologique variable.
5.2.3 Milieu de propagation d’un jet de plasma
La propagation d’un jet de plasma est dépendante de plusieurs paramètres dont :
— la nature du gaz ;
— la tension appliquée aux bornes du réacteur ;
— le milieu de propagation.
On peut souligner que le dernier paramètre énoncé est particulièrement important. En effet, la propagation du plasma dans l’air ambiant sera différente de celle dans une enceinte contenant le gaz porteur du plasma. Les transferts d’énergie mis en jeu et occasionnant des pertes d’énergie vont différer suivant que le milieu soit ou non confiné.
La propagation d’un jet de plasma dans une enceinte contenant le même gaz porteur va être différente, puisque la plume plasma n’aura pas le même profil allongé. La propagation d’un jet plasma d’hélium dans l’air ambiant et dans de l’hélium (figure I.23) a été étudiée par Zhuet al.
[143]. La propagation dans l’air ambiant, va induire un jet de plasma de forme conique, tandis que le « jet de plasma » se propageant dans une enceinte d’hélium aura une forme sphérique. Cette forme met en avant une expansion du plasma dans toutes les directions de l’espace, contrairement au jet conique. Selon Zhu et al., cette différence de forme a pour origine la présence d’un canal d’hélium dans l’air, en sortie de capillaire. De ce fait, la présence d’espèces de l’azote et oxygène aident à la formation d’un jet « conique » de plasma.
6 Le Plasma Gun
La mise en évidence de plasmas transitoires, à la base du brevet du plasma gun de 2007, se propageant à haute vitesse dans des capillaires date de 1991. La génération de ces plasmas est induite par une impulsion de tension de plusieurs dizaines de kV d’amplitude, ayant un front de montée rapide (≈20 ns), appliqué aux bornes du réacteur DBD. Le plasma gun repose donc
(a) Air ambiant, pression =760 Torr,Uappliquée= 2 600 Vrms
(b) Enceinte d’hélium, pression = 730 Torr, Uappliquée=3 400 Vrms
Figure I.23 – Imagerie de la propagation d’un jet de plasma d’hélium dans différents milieux, d’après Zhuet al. [143].
sur une DBD ayant pour diélectrique un capillaire, flexible ou rigide. Le plasma est généré dans différents gaz nobles tels que le néon, l’argon ou l’hélium, et se propage sur plusieurs dizaines de centimètres, au sein d’un capillaire, avant de se propager dans l’air ambiant sur quelques centimètres (voir figure I.24). L’utilisation du capillaire permet alors d’avoir une propagation sur de plus longues distances en comparaison de celles obtenues dans l’air ambiant.
La possibilité d’utiliser des capillaires flexibles est un avantage pour de futurs traitementsin vivo, puisque les propriétés de propagation du plasma ne sont a priori pas sensibles à la compo-sition du capillaire. La plume plasma générée en sortie de capillaire peut se propager dans l’air ambiant mais également dans l’eau, comme illustré en figure I.24.
(a) Propagation dans l’air
Capillaire
Plume (b) Propagation dans l’eau
Figure I.24 – Photographie d’une plume plasma de néon, générée par le plasma gun, se pro-pageant dans différents milieux. Sur la photographie (a), le plasma se propage dans ≈50 cmde capillaire avant de sortir dans l’air ambiant sur ≈10 cm. (b) Le plasma se propage à l’intérieur d’un capillaire plongé dans un verre d’eau. En sortie de ce capillaire, le plasma se propage sur quelquesmm dans le liquide.
7. POUR RÉSUMER. . .
Contrairement à la majorité des équipes travaillant sur les jets de plasma froids à pression atmosphérique, le plasma généré par le plasma gun se propage à l’intérieur de capillaires, ce qui permet une propagation dans un milieu contrôlé. Cette propagation peut conduire à des phénomènes d’interactions avec les parois du capillaire. Par exemple, il est possible au plasma de passer à travers la paroi d’un capillaire et de se régénérer derrière, comme illustré en figure I.25.
Figure I.25 – Génération d’un plasma de néon à l’aide d’une plume plasma.
7 Pour résumer. . .
À ce jour, les jets de plasma font l’objet d’un très grand nombre d’études car il subsiste toujours de nombreuses questions sans réponses. Ainsi, les mécanismes de génération et de pro-pagation sont encore mal compris. Par exemple, quelle est l’importance de la préionisation et de la photoionisation dans ces mécanismes ; le streamer positif est-il le seul moyen de propagation des dites « balles » plasma ?
Ces travaux de thèse se proposent donc de répondre à certaines de ces interrogations. Ainsi, avec l’étude du plasma généré par le Plasma Gun, il va être possible de définir quels sont les paramètres importants dans la génération et la propagation des « balles » de plasma. En effet, le plasma va pouvoir être caractérisé dans un environnement contrôlé, correspondant à l’intérieur d’un capillaire au sein duquel va circuler un flux continu de gaz rare. L’ensemble de nos études nous ont amené à proposer une nouvelle dénomination pour les plasmas observés, sur laquelle nous reviendrons dans la suite. Le chapitre suivant se propose de présenter le Plasma Gun ainsi que les différents moyens expérimentaux utilisés pour ces travaux. Dans les chapitres suivants, nous aborderons la caractérisation du plasma dans le capillaire en fonction des différents paramètres électriques et géométries des capillaires.