A.2. Répartition des espèces émissives

Les caractérisations optiques (caméra ICCD filtrée et SEO) ciblant les espèces d’intérêt pour le traitement de semences sont reproduites en ajoutant différentes proportions de puissance RF pour une puissance MW fixée. Ces résultats sont comparés à ceux obtenus en présence de la source MW-ECR seule (cf. Chapitre 3 – I.B.3) afin de mettre en évidence les effets potentiels de la source RF-CCP sur la répartition des espèces réactives du plasma. Les résultats obtenus à partir des mesures de SEO sont détaillés dans cette section. Ceux correspondant aux mesures de la caméra ICCD sont présentés en complément dans l’Annexe III.

L’évolution de la répartition des espèces caractéristiques du plasma d’air en fonction des contributions des puissances MW et RF est observable sur la Figure II-3 à travers les intensités des émissions détectées par SEO entre 200 et 1000 nm (cf. Chapitre 2 – I.B.1.b). En présence des deux sources, les acquisitions à la position Y = 22 cm sont ajoutées puisque l’électrode RF, située à Y = 28 cm, permet une intensification du signal spectral.

Observations en fonction de la position Y – Le plasma diffuse les espèces dans le réacteur en fonction des régimes de puissance MW : en volume à basse puissance (MW 50 W), en surface à haute puissance (MW 150 W).

Le plasma généré par la source MW-ECR (RF 0 W) présente une distribution des espèces décroissante dans le volume (cf. Chapitre 3 – I.B.3). Leur production est principalement dans la zone de RCE à Y = 2,5±0,5 cm par collision électronique des neutres. En présence de la source RF-CCP, la distribution des espèces dépend des proportions des puissances RF et MW. - Les espèces 𝑁₂⁺ et 𝑂 évoluent de manière similaire. Leurs intensités sont maximales à la

position Y = 6 cm (> 2) et décroissantes dans le volume (< 1 pour Y = 22 cm).

- Les espèces 𝑁₂ et 𝑁𝑂 suivent une même répartition. Leurs intensités diminuent entre Y = 6 et 14 cm puis réaugmentent en Y = 22 cm.

Observations en fonction de la puissance MW – L’évolution des émissions en fonction de la puissance MW est évaluée à chaque position Y pour une puissance RF fixe.

- A la position Y = 6 cm, les espèces évoluent avec la puissance MW en respectant les régimes de décharge décrits pour la source MW-ECR seule. Les intensités des émissions augmentent entre 50 et 100 W de puissance MW puis atteignent une saturation au-delà de 100 W. Figure II-3 Contribution de la source RF-CCP dans la répartition des espèces émissives de l'air en comparaison avec leur intensité d'émission détectée avec la source MW-ECR seule (RF 0 W)

- A la position Y = 14 cm, un équilibre entre les contributions des deux sources s’installe. Une augmentation de la puissance MW entraîne une faible augmentation des intensités quelles que soient l’espèce et la puissance RF injectée. Cette augmentation est plus importante pour des puissances MW comprises entre 50 et 100 W, à l’image du plasma MW en Y = 6 cm. - A la position Y = 22 cm, les espèces 𝑁₂⁺ et 𝑂 sont présentes en faible proportion (< 1).

Aucune variation de l’intensité n’est observée avec la croissance de la puissance MW. Cette observation est cohérente avec une production majoritaire de ces espèces par impact électronique. A cette position, les densités et les températures électroniques sont peu sensibles à l’augmentation de la puissance MW (cf. Chapitre 3 – II.B). La faible contribution d’une puissance MW sur la répartition des espèces suggère alors que la source RF-CCP est dominante dans cette partie du réacteur, l’électrode RF se situant à Y = 28 cm.

Une augmentation de la puissance MW entraîne une diminution des intensités des espèces 𝑁₂ et 𝑁𝑂. L’absence de corrélation entre l’intensité des émissions et la densité électronique, stable, suggère des mécanismes responsables de la formation des espèces 𝑁₂ et 𝑁𝑂 différant de l’impact électronique. La production des métastables 𝑁₂(𝐴), entraînant une plus grande probabilité de collisions neutre-neutre, pourrait être corrélée à l’évolution de ces intensités d’émission. La baisse d’intensité des émissions 𝑁₂ et 𝑁𝑂 avec l’augmentation de la puissance MW suppose alors que la population du niveau 𝑁₂(𝐴) diminue. Les mécanismes de peuplement et de dépeuplement de cet état sont décrits par Guerra et al. [238]. Les processus de perte pourraient être dominés par les collisions avec des niveaux vibrationnels élevés de 𝑁₂(𝑋). La température vibrationnelle augmentant avec la puissance MW, ces processus augmentent et conduisent à une baisse de la population du niveau 𝑁₂(𝐴), impliquant ensuite une baisse des intensités des espèces 𝑁₂ et 𝑁𝑂.

Observations en fonction de la puissance RF – L’évolution des émissions en fonction de la puissance RF est évaluée à chaque position Y pour les trois régimes de puissance MW.

- A la position Y = 6 cm, les émissions de NO augmentent avec la puissance RF dans tous les cas. Les émissions de 𝑁₂, 𝑁₂⁺ et 𝑂 font exception à cette position. Ce phénomène est cohérent avec les processus de formation de ces espèces décrits pour la source MW-ECR seule dans le Chapitre 3 – I.D, cette zone privilégiant la contribution de la puissance MW. Dans ce cas, en dessous d’un certain seuil de puissance (100 W pour la source MW-ECR seule), ces émissions reflètent l’évolution de la densité électronique. Au-delà du seuil, elles suivent les variations de densité de l’état métastable 𝑁₂(𝐴). En présence de la source RF-CCP, la densité électronique est constante quelle que soit la puissance RF, pour une puissance MW fixée (cf. Chapitre 3 –II.B.2), les intensités des émissions de ces espèces sont alors invariées car leur production est dominée par l’impact et l’attachement électronique.

- A la position Y = 14 cm, les émissions augmentent avec la puissance RF quelle que soit la puissance MW. Le phénomène est moins marqué pour 𝑁₂⁺ et 𝑂, de faibles intensités. - A la position Y = 22 cm, les intensités des émissions augmentent avec la puissance RF quelle

que soit la puissance MW compte-tenu de l’augmentation de la densité électronique (cf. Chapitre 3 –II.B.2). Ce phénomène est plus important pour les émissions de 𝑁₂ et 𝑁𝑂 qu’à la position Y = 14 cm étant donné la disposition de l’électrode RF et de la grille.

La production des espèces est favorisée par la présence de la source RF-CCP. L’apport de la puissance RF pourrait s’expliquer par une augmentation de la population du niveau métastable 𝑁₂(𝐴), responsable des mécanismes de production et de perte de ces espèces.