Ce travail traite de la conception de générateur alimentant une lampe DBD destinée à la production de rayonnement UV. Cette alimentation doit permettre un contrôle efficace du rayonnement, grâce aux degrés de liberté apportés par le contrôle du générateur (fréquence, amplitude du courant injecté dans la lampe). Le modèle électrique de la lampe est utilisé pour prédire l'impact des caractéristiques du générateur sur le rayonnement UV produit. Une synthèse des interrupteurs de puissance du convertisseur statique permettant le contrôle du courant injecté est proposée et des solutions d'implémentation sont étudiées. Une démarche de conception en vue de l'optimisation du transformateur haute tension est proposée, notamment en ce qui concerne la valeur de ses éléments parasites. L'ensemble de ces travaux est étayé par des réalisations expérimentales.

Nous avons étudié un procédé de dépôt par décharge à barrière diélectrique à la pression atmosphérique, pour l'obtention de films organosiliciés contenant des fonctions amine. Nous avons étudié l'effet du régime dans lequel opère la décharge sur la production de certaines espèces, telles que CN et CN2. En couplant ces résultats à l'analyse des films réalisés, nous avons pu mettre en évidence le fait que dans un régime filamentaire, le précurseur est fragmenté de manière plus importante. En particulier, les liaisons Si-CH3 sont détruites. Cependant, la quantité d'azote introduite dans le film, qui dépend pour beaucoup de celle de carbone, est plus importante dans le cas d'une décharge de Townsend, et le taux de fonctions amines est plus important. Le taux d'azote dépend également de la nature du substrat. La quantité d'azote introduite dans les films est en effet supérieure dans le cas d'un dépôt sur verre. Aucune explication n'a cependant été apportée à ce phénomène. Des cratères son également apparu dans les films obtenus sur cuivre en régime filamentaire.

La réponse biologique d'un matériau est essentiellement reliée à sa surface : cela souligne l'importance du rôle des techniques de modification de surface dans la réalisation d'une réponse biologique adaptée. Ainsi les surfaces fonctionnalisées par des 'hydrogels' minces possèdent un énorme potentiel dans diverses applications. En effet, les hydrogels sensibles au pH et à la température peuvent être utilisés dans le but de libérer de façon contrôlée une molécule dans l'environnement biologique. Ces hydrogels peuvent aussi être utilisés en tant que biocapteur de par leurs fonctions disponibles permettant la reconnaissance spécifique de biomolécules cibles. Différents procédés, choisis principalement en fonction du type de matériau et de la surface à fonctionnaliser, peuvent être utilisés pour l'obtention de ce genre de films. Parmi ces procédés, le choix s'est tourné vers l'utilisation de la polymérisation par plasma dont les propriétés de surfaces peuvent être ajustées en fonction des paramètres de la décharge tel que la puissance électrique, le temps de traitement, la composition et la pression du gaz.

Le manuscrit porte sur l'élaboration de couches minces ayant des propriétés barrières aux liquides, aux gaz et aux ultra-violets. Pour réaliser nos différents systèmes, la technologie plasma à décharge à barrière diélectrique à la pression atmosphérique (DBD) a été utilisée. Dans la première partie, des films polymère plasma à base de 1H, 1H, 2H, 2H, Perfluorodecyl acrylate ont été développé. En fonction des paramètres plasma une surface dîtes superhydrophobe en une étape a été obtenue grâce à l'obtention d'un film composé de nanoparticules fluorés. La seconde partie des travaux a consisté à développer des films barrières aux gaz à partir de l'hexamethyldisiloxane. Ainsi, des films minces SiOx et multicouches SiOxHyCz/SiOx ont pu être obtenue afin d'améliorer les performances barrières de substrat PET et PEN. Enfin, l'obtention de film barrière aux UV a consisté à une croissance in-situ de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) à partir du film polymère plasma. La matrice polymère constitué d'une structure siloxane et aminée plasma joue le rôle de nano-réacteur pour la croissance de cristaux de TiO2. / This works presents the development of plasma-polymrized surfaces for superhydrophobic, gas barrier and UV attenuation properties. These functional coatings have been deposited by means of atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD). The first part deals on the plasma polymerization of the de 1H, 1H, 2H, 2H, Perfluorodecyl acrylate. According to the plasma parameters, surperhydrophobic coatings have obtained on several substrates. Morphologies analysis have shown the formation of fluorinate nanoparticles. The second part of the work was to develop gas barrier films from hexamethyldisiloxane. Thus, SiOx thin films and SiOxHyCz / SiOx multilayers have been obtained in order to improve the barrier performance of PET and PEN substrate. Finally, obtaining UV barrier film was to an in-situ growth of nanoparticles of titanium (TiO2) dioxide from the plasma polymer filin. The plasma polymer acts as a nano-reactor for the growth of TiO2 nanoparticles

L'objectif de ce travail est l'étude de l'efficacité de collecte des particules submicroniques d'un électrofiltre deconfiguration fil-tube carré en utilisant une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD). Les expériences sont faites avec desparticules de fumée d'encens ayant une taille moyenne d'environ 0,32 pm. La répartition en taille des particules à la sortie del'électrofiltre est mesurée grâce à un spectromètre d'aérosols à lumière blanche. L'efficacité de collecte est estimé pour diversestensions et fréquences appliquées (gammes : 4-30 kV, de 0,3 à 1000 Hz) à un débit d'air fixe.Le premier volet de l'analyse a consisté en une caractérisation électrique et granulomètrique de l'électrofiltre de configurationcarré dit de référence. Les résultats obtenus ont montré que le comportement électrique de l'électrofiltre de géométrie carré estsimilaire à celui de géométrie cylindrique. Aussi, l'utilisation de la DBD pour la précipitation donnait de très bons résultats enconfiguration fil-tube carré (plus de 99% d’efficacité). Le second volet de notre étude a été consacré à l'optimisation géométrique de l'électrofiltre de référence. Les résultats ont montré que le diamètre du fil, le nombre des faces collectrices ont une influence minime sur la précipitation. Tandis que, la section du tube et la largeur de la contre électrode et sa discrétisation ont une influence importante. L'analyse de l'effet de la présence d'une deuxième Barrière Diélectrique (BD) a montré qu'à la différence de la simple BD ou le mode de décharge est assez homogène, la décharge a un comportement filamentaire dans le cas de la double BD. Aussi, l'efficacité de collecte des particules pour les deux con / The objective of this work is the study of the collection efficiency of submicron particles with wire-to-square tubeElectroStatic Precipitator (ESP) using a Dielectric Barrier Discharge (DBD). The experiments are performed with incense smokeparticles having a mean size of about 0.32 μm. An aerosol spectrometer is employed for characterizing the size distribution ofthese particles at the outlet of the ESPs. The collection efficiency is estimated for various applied voltages and frequencies(ranges: 4–30 kV, 0.3–1000 Hz) at a fixed air flow rate.The first step of our study consisted of an electrical characterization of the reference precipitator and the evaluation of itscollection efficiency performances. The results have shown that electrical behavior of the wire-to-square tube configuration issimilar to the wire-to- cylinder configuration. Furthermore, it reveals that the square configuration charged with a DBD gives verygood results (more than 99% of efficiency). The second step of the study was devoted to the geometrical optimization of thesquare ESP. The obtained results have established that the wire diameter, the number of faces has a minimal effect on electrostatic precipitation. However, the tube section, the width of the ground electrode and its discretization have an important effect. Also, the analysis of the effect of the presence of a second Dielectric Barrier (DB) has shown that in the case of the single DB, the discharge mode is rather homogeneous. In contrast, the discharge has a filamentary behavior in the case of the double DB. Results show that the particle collection efficiency of both ESPs is higher at high applied voltages and within a certai

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet international (MARS) dont le but est d'améliorer l'efficacité du transport aérien par contrôle d'écoulement. Dans ce contexte, les travaux expérimentaux présentés ici sont focalisés sur l'utilisation d'un actionneur plasma à Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) pour contrôler l'écoulement turbulent en aval d'une marche descendante (BFS) à Reh = 30000. Deux types de décharges sont étudiés : une ac-DBD qui produit une force électrohydrodynamqiue et une ns-DBD qui produit une onde de pression. Plusieurs positions de l'actionneur sont étudiés, de façon à optimiser les effets de la décharge sur l'écoulement. A l'aide d'un système PIV stéréoscopique, une étude étendue est destinée à l'évaluation des paramètres électriques du signal. Parmi tous les résultats obtenus, la zone de recirculation est réduite de 20%. De plus, d'autres quantités moyennes telles que les composantes de Reynolds, l'énergie cinétique et l'épaisseur de la couche cisaillée ont été aussi analysées. La dernière partie de la thèse comprend une analyse dynamique des modifications produites par l'actionneur. Pour cela, les structures dominantes sont examinées par leur signature fréquentielle et par une décomposition orthogonal aux valeurs propres (POD). Tous les résultats conduisent à la définition d'un cas d'action optimal pour lequel il est obtenu une réduction maximal de la longueur de rattachement. Le lâcher tourbillonnaire est renforcé par un mécanisme de type "lock-on". / This thesis is part of an international project (MARS) to improve air transport efficiency by active flow control strategy. In this context, the presented experimental works are focused on a surface Dielectric Barrier Discharge (DBD) as a solution to control the turbulent flow separation downstream a backward-facing step (BFS) at Reh = 30000. Two different plasma discharges are investigated: an ac-DBD resulting in a electrohydrodynamic force and a ns- DBD producing a pressure wave. Thanks to the versatility of plasma discharges and in order to optimize its effects on the flow, different locations of the DBD actuator have been investigated. Furthermore, an extended parametric study regarding the input variables of the discharge has been carried out by stereoscopic PIV. Among the obtained results, the mean reattachment length has been reduced up to 20%. In addition, other averaged quantities such as Reynolds stress components, the kinetic energy and the vorticity thickness of the separated shear layer have been analyzed to provide more extended information about the effects of the DBD actuator. The last part includes a dynamical analysis of the modifications produced by an optimal actuation. For that aim, the dominant structures are investigated by their signature in the frequency domain and by proper orthogonal decomposition (POD). All the results lead to the definition of an optimal actuation for which the mean reattachment position is reduced and the vortex shedding street can be reinforced by a lock-on control mechanism.

L’utilisation de plasmas, qu’ils soient thermiques ou basse pression, dans le domaine biomédical remonte aux années 1970. Au cours de ces dernières années, les développements concernant des jets de plasma froid à pression atmosphérique, ont permis un élargissement des domaines d’applications biomédicales des plasmas. Au sein du GREMI, un type de jet de plasma a été développé : le Plasma Gun. Le plasma généré par le Plasma Gun se propage sur de longues distances à l’intérieur de capillaires. L’optimisation des traitements visés nécessite une étude approfondie des décharges créées par le Plasma Gun. La caractérisation du Plasma Gun a mis en évidence la génération de Pulsed Atmospheric pressure Plasma Streams ou PAPS, ces derniers se propageant du réacteur jusque dans l’air ambiant où ils génèrent une plume plasma. Ces PAPS présentent deux modes de propagation, au cours desquels une connexion entre le front d’ionisation et le réacteur est présente en permanence. Ces deux modes nommés respectivement Wall-hugging et Homogène, diffèrent principalement par la morphologie et la vitesse de propagation des PAPS qui leur sont associés. Chacun de ces modes présentent donc des caractéristiques qui leur sont propres mais certaines propriétés de propagation leur sont communes, telles que la possibilité de division ou de réunion de PAPS, ainsi que du transfert de PAPS à travers une barrière diélectrique ou via un capillaire métallique creux. L’étude de la plume plasma, propagation des PAPS dans l’air ambiant, a souligné l’importance de la longueur des capillaires sur la longueur du jet plasma. De plus, la génération du plasma a une très forte influence sur l’écoulement du gaz et la structuration du jet lors de son expansion dans l’air. / The use of plasmas, thermic or low pressure, in biomedical goes back up to 1970s. During these last years, atmospheric pressure cold plasma jets have been developed, allowed an increase of biomedical applications of plasmas. In GREMI, a plasma jet was developed : the Plasma Gun (PG). The plasma generated by the PG propagates on long distances inside capillaries. The optimization of the aimed treatments requires a detailed study of the discharges created by the PG. The characterization of the PG highlights the generation of Pulsed Atmospheric pressure Plasma Streams or PAPS, these last ones propagating from the reactor to the capillary outlet (ambient air) where they generate a plasma plume. These PAPS present two propagation modes, during which a connection between the ionization front and the reactor is present permanently. These two modes named respectively Wall-hugging and Homogeneous, differ mainly by the morphology and their propagation velocity. These modes have common characteristics, such as the possibility of division or meeting of PAPS, as well as the transfer of PAPS through a dielectric barrier or via a hollow metal capillary. The study of the plasma plume underlined the importance of the length of capillaries on the length of the plasma jet. Furthermore, the generation of the plasma has a very strong influence on the gas flow and the jet structuration during air expansion.

Le développement de procédé évoluant à la pression atmosphérique représente un enjeu majeur dans le dépôt de couches minces nanocomposites. Parmi ces procédés, les Décharges à Barrières Diélectriques présentent l'avantage d'être un procédé vert sans effluent gazeux, pouvant facilement être intégrées dans une chaine de production industrielle. L'approche choisie pour la réalisation de couches minces nanocomposites repose sur l'injection sous forme d'aérosol d'une suspension colloïdale dans la DBD. Les nanoparticules semi-conductrices de TiO2 sont choisies et mise en suspension dans un alcool polymérisable tel que l'isopropanol. L’objectif de ce travail est de contrôler le transport des nanoparticules et la croissance de la matrice dans la DBD en vue de réaliser une couche mince nanocomposite.Différentes méthodes de formation de l'aérosol et de filtration sont évaluées, ainsi que différents gaz vecteur (Ar, N2). Dans tous les cas considérés, la décharge est filamentaire.L'estimation des valeurs des différentes forces s'exerçant sur une nanoparticule dans une DBD confortée par un modèle numérique à permis d'orienter les expérimentations. Il est ainsi possible, à partir des paramètres permettant de générer le plasma, d'influencer le dépôt des nanoparticules et la croissance de la matrice. Les dépôts obtenus sont analysés ex situ par microscopie électronique à balayage, spectroscopie infrarouge, Raman et à rayon X et in situ avec la diffusion laser.Dans le régime filamentaire considéré, nous montrons que le flux de gaz et la fréquence de la tension joue des rôles prépondérants sur le dépôt des couches minces nanocomposites. Cette étude a permis de mettre en évidence qu’une simple fréquence n’est pas suffisante pour déposer la couche mince nanocomposite. Cependant l’utilisation d’une double fréquence semble être la meilleure approche pour séparer le transport des nanoparticules de celui de la croissance de la matrice. / Development of an atmospheric pressure process presents a major concern in the deposition of nanocomposites thin films. Among these processes, Dielectrics Barrier Discharges takes advantages to be green processes without gas effluent, which can be easily integrate in an industrial line production. The chosen approach for the nanocomposite thin film deposition is based on the injection of an aerosol of a colloidal suspension in the DBD. Semi-conductive TiO2 nanoparticles are chosen and put in suspension in a polymerizable alcohol as isopropanol. The objective of the present work is to control the transport of the nanoparticles as well as the matrix growth in the DBD in order to realize the nanocomposites thin film Different methods of the aerosol formation and filtration are evaluated, as well as the carrier gas (Ar, N2). In each case considered, the discharge works in filamentary. Estimating values of the different forces acting on the nanoparticles in a DBD comforted by a numerical model allowed to guide the experimentations. Thanks to the parameter which generated the plasma, it is possible to influence the nanoparticles deposition and the matrix growth. Depositions are ex situ analyzed by scanning electron microscopy, Infra-red, Raman, and X-ray spectroscopy and in situ by laser scattering. In the filamentary regime considered, we show that the gas flow rate and the frequency of the voltage play a dominant role on the deposition of nanocomposites thin films. This study allowed to highlight that a simple frequency is not enough to deposit the nanocomposite thin film. However, the use of a double frequencies seems to be the best way to separate the nanoparticles transport to the surface from that of the matrix growth.

Des composés organiques volatils (COV) présents dans l'air peuvent avoir un fort impact odorant et doivent être traités. Des techniques de traitement classiques permettent de récupérer ou détruire ces composés. Cependant, ces techniques ne sont pas adaptées aux forts débits d'air et/ou aux faibles concentrations, caractéristiques de certains procédés industriels émetteurs de COV. Une alternative prometteuse est l'utilisation de plasmas non-thermiques. Ce type de plasma, obtenu par des décharges électriques hors-équilibre thermodynamique, contient des espèces réactives qui provoquent la destruction des composés organiques volatils. Cette thèse vise à concevoir, construire et tester un réacteur basé sur des plasmas non-thermiques pour le traitement de COV à l'échelle pilote, afin de démontrer la faisabilité d'un tel procédé pour le traitement d'odeurs présentes dans un effluent industriel. Les résultats obtenus montrent que, couplé à un catalyseur, le traitement d'odeurs par plasma non-thermique a un vrai potentiel d'application à l'échelle industrielle. En parallèle, cette thèse cherche à mieux comprendre le rôle des transferts de masse au sein d'un réacteur à l'aide d'un modèle analytique et de simulations numériques. Nous montrons que ces transferts peuvent devenir le processus limitant dans le traitement, et demandent donc une attention particulière lors du design d'un réacteur basé sur des plasmas non-thermiques. / Volatile organic compounds (VOC) present in the atmosphere may have a strong odour impact and, being so, must be treated. Some long-established treatment techniques may be able to recover or destruct these compounds. However, these techniques are not suitable for high flow rates and/or low concentrations, typical conditions found in certain VOC-emitting industrial processes. A promising alternative is the use of non-thermal plasmas. This kind of plasma, obtained through non-equilibrium electric discharges, produce reactive species that prompt the destruction of volatile organic compounds. This thesis aims to conceive, build and test a reactor based on non-thermal plasmas for the abatement of volatile organic compounds at pilot scale, in order to demonstrate the feasability of using such a process to treat odourous compounds present in an industrial effluent. The obtained results show that, combined with a catalyst, the use of non-thermal plasmas for odour control in industrial scale has a real potential. In parallel, this thesis seeks a better understanding of the role played by mass transfer in a non-thermal plasma reactor through the use of an analytical model and numerical simulations. We show that mass transfer may become the limiting process of the treatment, and therefore requires special care throughout the design of a non-thermal plasma reactor.

Le nouveau mode de combustion HCCI est adapté pour réduire les émissions d’oxydes d’azote et de particules fines issues de moteurs Diesel afin de respecter les futures normes d’émission Euro de plus en plus drastiques. Ce type de combustion se traduit par l’augmentation des émissions de monoxyde de carbone et des hydrocarbures et par une faible température des gaz d’échappement retardant ainsi leur conversion par le catalyseur d’oxydation Diesel (DOC). C’est dans ce contexte environnemental et économique que le couplage plasma-catalyseur apparait comme une solution intéressante afin d’améliorer l’efficacité du traitement des gaz d’échappement Diesel. Cette thèse est dédiée à l’étude du couplage d’un plasma non-thermique de type décharge à barrière diélectrique (DBD) et d’un catalyseur d’oxydation Diesel (Pt-Pd/Al2O3) pour le traitement de mélanges gazeux représentatifs d’un échappement de moteur Diesel HCCI (O2-NO-H2O-CO-CO2-CH4-C3H6- C7H8-C10H22-N2). Les expériences avec un réacteur plasma pilote ont été menées sur deux bancs expérimentaux : le premier à l’échelle laboratoire en vue de comprendre la physico-chimie impliquant le plasma et le catalyseur avec une attention particulière pour les sous-produits de réaction, et le second à l’échelle industriel afin de déterminer l’efficacité et la faisabilité d’un tel couplage dans les conditions de débit et de température les plus proches possibles de celles rencontrées en sortie moteur véhicule. L’étude menée en fonction de la puissance injectée dans le milieu, la VVH, la température des gaz, ainsi que la nature du cycle de roulage a permis de montrer l’efficacité du plasma pour abaisser de façon significative la température d’activation du DOC pour l’oxydation de CO et des hydrocarbures. Aussi, la présence du plasma en amont du DOC a permis, sur un cycle NEDC simulé, une réduction de 68% et 42% des masses de CO et des hydrocarbures émis en accord avec la norme Euro6 (2014). L’efficacité du plasma pour l’oxydation des hydrocarbures et de NO à basse température dans ces conditions de débits élevés (jusqu’à 900 Lmin−1 sur le cycle NEDC) a été confirmée et les principaux produits de réaction identifiés et quantifiés. / The new HCCI combustion mode is well adapted to improve nitrogen oxide and particulate matter reduction from Diesel engine in order to meet future emission regulations adopted in the Euro zone. However, HCCI engines emit relatively high amounts of unburned hydrocarbons and carbon monoxide due to lower engine exhaust temperature increasing the catalyst light-off time and decreasing the average efficiency of the Diesel oxidation catalyst (DOC). In this environmental and economic context, the combination of plasma with DOC has been considered especially for intermittent use during the cold start. The thesis presents the combination of nonthermal plasma upstream Diesel oxidation catalyst (Pt-Pd/Al2O3) applied to the treatment of simulating Diesel HCCI exhaust gas (O2-NO-H2O-CO-CO2-CH4-C3H6-C7H8-C10H22-N2). The studies were conducted at atmospheric pressure with a pilot-scale dielectric barrier discharge reactor (DBD) on two experimental devices. The first is a laboratory scale set-up (low flow rate : 20 Lmin−1) used to understand the physico-chemical involving the plasma and the catalyst by focusing on the by-products reactions. The second is an industrial scale (gas flow rate up to 260 Lmin−1) used to study the feasibility and the efficiency of the plasma-DOC system under conditions similar to those encountered in Diesel exhaust engine. The effects of the plasma, the DOC and the plasma-DOC systems on the exhaust gas have been investigated under various conditions. The main contribution of the plasma was to give a « thermal » and a chemical « push » to the DOC resulting in the decrease of light-off temperature for CO and HC oxidation. These improvements were shown to depend on the treatment conditions (injected energy i.e. energy density, space velocity, gas temperature and nature of the driving cycle). It is shown that for a simulated European Driving Cycle (NEDC), the combination of plasma upstream DOC reduces the cumulative mass of CO and hydrocarbons by about 68% and 42%, respectively, in accordance with the Euro 6 standard (2014). The efficiency of plasma for hydrocarbons and NO oxidation at low temperature in high flow conditions (up to 900 Lmin−1 on the NEDC) has been confirmed and the main reaction products identified and quantified.