Soutenance de thèse de Alexandre DEVOS

Les plasmas froids à pression atmosphérique suscitent un intérêt croissant différents applications à fort impact économique et sociétal (médecine, agriculture, science des matériaux), notamment en raison de leur capacité à produire dans un gaz des espèces réactives susceptibles d’être transférées vers la phase liquide. Parmi eux, les plasmas-aérosols (ou plasma-sprays) se distinguent par leur rapport surface/volume élevé, qui favorise les échanges entre la phase plasma et la phase liquide. La dispersion du liquide sous forme de fines gouttelettes permet ainsi d’augmenter fortement la surface d’interaction et de favoriser le transfert des espèces réactives du plasma vers la phase liquide. La compréhension des mécanismes mis en jeu lors de l’interaction entre un plasma et une goutte liquide reste cependant complexe, en particulier lorsque la décharge modifie simultanément les propriétés électriques, physiques et chimiques de la goutte. Dans ce contexte, cette thèse porte sur l’étude de l’interaction entre une décharge plasma dans l’air et une goutte d’eau maintenue en lévitation acoustique. Un réacteur plasma à décharge pointe-pointe dans l’air, connecté à un générateur d’impulsion nanosecondes, a été développé afin d’étudier l’interaction entre une décharge dans l’air et différents types de gouttes liquides de volumes différents et dans différentes conditions de décharge. Plusieurs diagnostics complémentaires ont été mis en œuvre, notamment la spectroscopie d’émission optique résolue spatialement et temporellement, l’imagerie ICCD résolue en temps, ainsi que l’imagerie intégrée en temps. La production d’espèces réactives (nitrite) dans la phase liquide a été étudiée par un diagnostic colorimétrique basé sur la réaction de Griess. Enfin, l’influence du plasma sur la cristallisation de gouttes de solutions salines a été étudiée, en combinant microscopie optique, imagerie par microscope numérique, microscopie électronique à balayage (MEB) et diffraction des rayons X (DRX). Les résultats obtenus montrent que la présence d’une goutte modifie la dynamique et la propagation de la décharge plasma, avec une dépendance vis-à-vis des propriétés de la goutte et des conditions de décharge. La propagation de la décharge plasma autour de la goutte ou en utilisant la goutte comme électrode dépend directement de la conductivité du liquide. L’analyse chimique met en évidence que la production et le transfert de nitrites vers la phase liquide dépends de la surface de contact plasma-goutte, tandis que l’étude des cristaux montre une modification de leur morphologie après exposition au plasma. L’ensemble de ces travaux contribue ainsi à une meilleure compréhension des interactions entre une décharge dans l’air et une goutte liquide en lévitation acoustique, en considérant à la fois la dynamique de la décharge, le transfert d’espèces réactives vers la phase liquide et les modifications des propriétés de la goutte au cours de son traitement.