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Chapitre II : Dispositifs expérimentau

2. REACTEUR 1 Matériau

La Figure 1 montre les configurations typiques de DBD surfacique.

Figure 1 : Configurations de DBD surfacique avec le plasma sur une face seulement (a) ou sur les deux faces

(b).

Le dispositif de la décharge est constitué de deux électrodes collées sur chacune des faces d’une plaque de matériau diélectrique. En fonctionnement, le plasma s’étend sur la surface de la plaque, sur une face (figure 1(a)) ou les deux faces (figure 1(b)) de la plaque.

2.1.1 Electrodes

La plupart des réacteurs de DBD peuvent être assemblés à partir de matériaux simples. Par exemple, une décharge cylindrique peut être facilement obtenue à partir d’éléments tels que grille, tige filetée, tube en verre. Les décharges pointe-plan sont plus délicates à mettre en place car dans ce cas il faut contrôler le rayon de courbure de la pointe.

Les décharges de surface posent un autre problème : on ne peut pas coller des bandes métalliques sur une plaque de verre…sans colle. Un dépôt métallique serait une solution, mais il s’agit d’un procédé coûteux et qui ne permet pas de changement facile de configuration d’électrode. La solution retenue à été la confection d’électrode à partir de scotch aluminium commercial à résine conductrice (Scotch 3 M). Cette solution a pour avantage sa facilité de mise en œuvre et sa souplesse : un changement de configuration d’électrode devient une opération légère et rapide.

Deux types d’électrodes ont été testés (il s’agit des électrodes reliées à la haute tension) : • Des électrodes « allongées » de 6 cm x 2 cm.

• Des électrodes « rondes » de 2 cm de diamètre. L’épaisseur des électrodes est d’environ 200 µm.

2.1.2 Plaque de diélectrique

Le constituant de base de la plaque est en verre et mesure 2 mm d’épaisseur, pour 10 cm de diamètre. Plusieurs types de plaque ont été utilisés :

• La forme de base : une plaque en verre de 2 mm d’épaisseur

• La forme de base avec un dépôt de 300 à 400 nm d’épaisseur, comprenant de la silice liant des agrégats de 50 nm de TiO2.

• La forme de base avec un dépôt de silice seule.

• La forme de base sur laquelle on a fixé une pièce de matériau poreux contenant des particules de TiO2. Ce matériau est décrit dans la section 5.

• Une plaque de 4 mm d’épaisseur.

Les dépôts ont été réalisés grâce à l’aimable collaboration de l’équipe de messieurs Gacoin et Boilot au laboratoire PMC.

La Figure 2 montre des exemples de ces configurations.

Dépôt Verre 2 mm Verre 2 mm Fibres + TiO2 a b Dépôt Verre 2 mm Verre 2 mm Fibres + TiO2 Dépôt Verre 2 mm Verre 2 mm Fibres + TiO2 a b

Figure 2: (a): Plaque de base et dépôt. (b) : plaque de base et matériau poreux.

2.2. L’enceinte

2.2.1 Configurations

Un autre problème posé par les décharges de surface est leur manque de praticité lorsqu’il s’agit de les placer dans une enceinte hermétique. Quand elles sont utilisées pour des mesures de flux, les plaques de décharges sont tout simplement placées dans l’air de la pièce, ou sur un profil contenu par une grande enceinte. Ici, les mesures de chimie nécessitent d’avoir un réacteur hermétique, avec des temps de résidence réduits.

Les premiers essais ont été faits en mettant la plaque dans une grande boîte hermétique. Les deux couvercles étaient en plexiglas afin de permettre de faire de l’imagerie. Le volume de ce réacteur étant élevé (3.6 L, soit un temps de résidence de 7 minutes à 500 sccm), il n’a été utilisé que pour des mesures électriques et d’imagerie.

Afin de pouvoir procéder à des mesures de chimie, un second réacteur, modulable, a été spécialementmis au point.

- La première forme du réacteur est illustrée sur la Figure 3a. La plaque de décharge est enserrée entre deux bagues, ce qui permet d’isoler une face par rapport à l’autre. Cela est nécessaire lorsque l’on utilise de l’argon ou des tensions élevées car dans ces cas la décharge s’étend aux limites de la plaque de verre et cherche à la contourner. Cette première configuration comporte donc deux compartiments de gaz.

- La deuxième forme est illustrée sur la Figure 3b. Dans ce cas, le rôle de hublot est tenu par une ou deux plaques de décharge. Cela permet de multiplier les modules de décharge en conservant le même volume de gaz.

Figure 3 : Schéma des réacteurs employés.

Dans tous les cas, des hublots sont prévus pour pouvoir visualiser toute la zone de plasma par imagerie iCCD. Ces hublots sont en verre, et font 5 mm d’épaisseur.

2.2.2 Circuit de gaz

Le flux de gaz traversant le réacteur est régulé par des débitmètres massiques MKS de 500, 50 et 10 sccm. La pression est contrôlée en sortie des débitmètres et en sortie du réacteur par deux jauges de

Plaque de décharge

Hublot

Join Flux de gaz (a) (b)

téflon identique jusqu’à une pompe à membrane (Pfeiffer). La pression est réglée à 1 bar grâce à une vanne placée en amont de la pompe.

Figure 4:Photo du dispositif expérimental.

Les gaz utilisés (air, oxygène, azote, argon et 1% de C2H2 dans N2) proviennent de bouteilles Air

Liquide avec moins de 3 ppm d’impuretés.

2.2.3 Connexions électriques

Des connexions électriques étanches ont été fabriquées afin de pouvoir connecter les câbles alimentant les électrodes. Le schéma de principe est montré sur la Figure 5. Elles ont été réalisées sur le modèle de connections de gaz: un joint torique en viton est écrasé par une pièce métallique qui traverse la paroi du réacteur. On visse les connections électriques à chaque extrémité de la pièce.

3. CIRCUIT ELECTRIQUE