Étude spectroscopique de décharge à barrière diélectrique à la pression atmosphérique dans des mélanges Ar/NH3 et Ar/Lactate d'éthyle

Abstract

Le présent mémoire est consacré à l’étude spectroscopique de décharges à barrières diélectriques à la pression atmosphérique dans des mélanges Ar/NH3 et Ar/lactate d’éthyle. Nous avons pu extraire, à l’aide d’un modèle collisionnel radiatif, le comportement des espèces actives à l’intérieur de ces décharges dont les électrons et les espèces excités d’argon. Une étude temporelle du développement d’une décharge a permis de déterminer que la température électronique est maximale en début de décharge, qu’ensuite la densité électronique est maximale, résultant en une baisse de la température électronique et finalement que la densité d’atomes métastables est maximale, contribuant ainsi à la majorité de la luminosité de la décharge. De plus, une corrélation entre la température électronique et la densité d’atomes métastables permet d’établir que les processus d’excitation et d’ionisation par étape dominent ce type de décharge. Nous avons ensuite démontré que le rapport entre les raies d’émission de l’argon et du NH n’est pas un bon indicatif de l’évolution de la fonction de distribution en énergie des électrons à l’intérieur de ce type de décharge. Finalement, l’utilisation de ces décharges de type mélange Penning afin de réaliser des dépôts de couches minces biodégradables sur des substrats thermosensibles en vue d’utilisations biomédicales est présenté en annexe sous forme d’articles en collaboration avec l’Université Laval à Québec (Canada) et l’Université Paul Sabbatier à Toulouse (France).

This thesis consists of an emission spectroscopy study of dielectric barrier discharges at atmospheric pressure in Ar/NH3 and Ar/Ethyl lactate mixtures. We were able to extract, by combining optical emission spectroscopy with a collisional-radiative model, the behaviour of active species inside the plasma like electrons and excited species. A time resolved study of the development of the discharge enabled us to determine that the electron temperature was at its maximum at the beginning of the discharge, then the electron number density rose to its maximum to the detriment of the electron temperature, followed by a fall of the electron density combined with a rise of the argon metastable number density associated with most of the light emission of the plasma. Moreover, a correlation between the electron temperature and the argon metastable number density permitted us to establish that the step-wise excitation and ionization processes were dominant in this type of plasma. We then showed that the ratio of argon and NH emission lines was not a good indicator of the behaviour of the electron energy distribution function. Finally, these types of Penning mixture discharges were use in thin-film deposition processes of biodegradable films on a thermal substrate for biomedical applications, as shown in the annexes through articles wrote in collaboration with l’Université Laval in Québec (Canada) and l’Université Paul Sabbatier in Toulouse (France).