Ces travaux de recherche ont permis de comparer la performance de réacteur glidarc première et deuxième génération pour le traitement de l'eau polluée. Le réacteur DBD pointe/plan a été également développe. L'étude de caractérisation de transfert de matière dans les réacteurs glidarc ainsi que de l'efficacité énergétique ont montre que le reacteur glidarc de la première génération est plus performant que celui de la deuxième génération. La différence entre ces deux reacteurs est due par le temps de contact plasma solution et le phénomène transfert gaz-liquide. Notons cependant que la conversion du phénol est majoritairement réalisée avec les espèces nitrogènes. La modélisation numérique sous COMSOL a confirme le mécanisme de conversion du phénol propose. L'étude paramétrique d'élimination de l'acide acétique avec le réacteur DBD pointe/plan a montre que le générateur de haute fréquence (40 kHz) dégage énormément de chaleur qui contribue certainement au transfert de matière du polluant de la solution vers le gaz. il est donc envisageable d'apporter l'énergie petit a petit au système en utilisant le générateur de basse fréquence (500 Hz). / These research tasks made it possible to compare the performance of reactors gliding arcs first and second generation for the water treatment polluted. A reactor DBB point/plane was also developed. The study of characterization of transfer of matter in the rectors gliding arc as of the energy effectiveness showed that the engine gliding arc first generation is performent than that of the second generation. The difference between these two reactors must by the time of contact plasma solution and the phenomenon gas-liquid transfer. Let us note however that the conversion of phenol is mainly carried out with the species nitrogens. The numerical modeling under Comsol confirmed the mechanism of conversion of phenol proposed. The parametric study of elimination of the acetic acid with reactor DBD point/plane showed that the high frequency generator (40 kHz) releases enormously from heat which contributes certainly to the transfer of matter of the pollutant of the solution towards gas. It is thus possible to bring energy gradually to the system by using the low frequency generator (500 Hz) However, energy efficiency study has shown that low-frequency generator (500Hz) is more efficient than the high-frequency generator (40kHz). Which is justified by the fact that the energy consumed by the power of high-frequency generator is higher, making it uncompetitive.

<div>Plasma treatment of polymers has been a rapidly growing area of research due to its broad applications, homogenous and repeatable surface properties, low cost, and environmental friendliness when compared to alternative techniques. Only recently have significant developments been made in the application of atmospheric pressure plasma in polymer surface treatment. The use of atmospheric pressure plasma enables further reductions in cost and mechanical complexity. Of particular interest in this work is the application of atmospheric pressure plasma for the isolated modification of the inner surfaces of small diameter polymer tubing to improve the wetting and adhesion characteristics compared to untreated polymer.</div><div>This work focuses on the development, characterization, and implementation of an atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma apparatus for the treatment of the inner surface of polymer tubes. The iterative process of the development of this system is detailed, with two finalized designs established and defined. These two designs are then applied to low density polyethylene (LDPE) tubing of 0.38 mm inner diameter (ID), and characteristics for surface morphology and wettability are analyzed.</div><div>Investigation of the relationship between plasma power and treatment time with morphology characteristics of protrusion density and size and surface roughness parameter, R_a is presented. Treatment times of 5, 10, 15, 30 and 45 minutes are performed on tubing samples at a power level of 35 mW. From 5 to 15 minutes, protusion density increases rapidly, from n_p=4*10^4- 10^7 protrusions/(mm^2 ), and small variation in protrusion size, with 0.1< A_p<0.2 μm^2. At treatment times of 30 and 45 minutes, coalescence of protrusions was observed, resulting in a decrease in protrusion density, down to n≈4*10^4 protrusions/(mm^2 ), and substantial increases in mean protrusion size, up to A_P=5-9 μm^2. Plasma powers of 9, 12, 16, 25, 35, and 45 mW were also investigated, at a treatment time of 15 minutes. As power level was increased, protrusion density was observed to increase, with an inverse relationship with mean protrusion size. Protrusion density was observed to increase from n_p=2*10^5-10^7 protrusions/(mm^2 ), with diminishing increases in density observed between power levels of 35 and 45 mW. Protrusion mean size was observed to decrease from A_p= .25-0.025 μm^2, with similar diminishing reductions observed at 35 and 45 mW. Surface roughness, R_a, was observed to vary from .01-0.3 μm, or ISO roughness grades N1 to N5, in the treated samples.</div><div>Wettability characteristics were measured and characterized relative to plasma power and linear feed rate. Wettability was measured by measurement of contact angles of the meniscus formed from water introduced into the tubing volume by capillary action. On all samples treated, a duality of mechanisms for surface wetting were observed. After initial treatment, samples were observed to have a lower contact angle, indicating higher wettability, but after 12 hours samples were observed to have reduced wetting characteristics, indicating a transient mechanism for surface wetting in addition to permanent effects induced my surface morphology. Samples were treated at plasma powers of 7, 10, 15, 20, and 40 mW. At all power levels, initial contact angle was generally consistent, with 20^o< θ_0<30^o. Permanent wetting features measured on these samples indicated almost complete reversing of wettability at 7 and 10 mW, with θ_SS measured at ~75^o, comparable to the average measurement of an untreated sample of ~80^o. Conversely, at higher powers of 15, 20 and 40 mW, significant retention of wettability was observed, with 45^o<θ_SS<55^o for those samples.</div><div><br></div>

<p>  </p> <p>In the time after their conception, Dielectric Barrier Discharge (DBD) systems have become highly utilized in the field of plasma research, with applications ranging from medicine to water treatments to airfoil design. One of the more recent applications for DBD systems has been the plasma treatment of polymers, overcoming the deficits of previously used chemical treatment systems such as environmental hazards, high cost, and other complexities. A novel development occurring within the past three years was the use of a DBD system to treat the inner surface of small-diameter polymer tubing to improve the wettability and adhesion characteristics as compared to untreated polymer tubing. This work is interested in improving that DBD system.</p> <p>This thesis focuses on the development and implementation of two additional systems for an atmospheric pressure DBD system that treats the inner surface of narrow-diameter polymer tubes. The first, a pulsed-DC HV generator, will improve the plasma treatment. The fast rise times of the applied voltage prevent any stochastic behavior in plasma ignition and reignition, the resulting homogeneity of the plasma means that the plasma conditions of the treatment are more easily reproduced, and the increase in plasma intensity allows for quicker treatment of the tubing, the feed rates can reach the level of industrial production without lessening the effects induced by the treatment. The second, a Capstan-driven spooling system, will also improve the industrial capabilities of the DBD system. The higher feed rates that the spooling system reaches provide a means to rapidly produce treated tubing at a continuous rate, and the user-friendly interface means that system operation increases to a broader range of potential personnel. </p> <p>Investigation of the effect that tube feed rate (plasma exposure time) has on surface wettability was performed for the feed rates of the spooling systems. Feed rates of 2.5, 10, 50, 200, and 800 mm/min were performed on tubing samples for a 100% Helium plasma at a power level of 5 mW and a 98%He-2%O2 plasma at a power level of 20 mW. The temporal evolution of wettability was determined by taking the water contact angle (θ) of the treated tubing surface 0, 1, 2, 4, 16, 24, and 120 hours after plasma treatment. The resulting water contact angles initially fluctuate but eventually decay to reach a steady-state hydrophilicity that remains up to five days. The steady-state contact angles ranged from 42.3o < θss < 70.2o for a Helium plasma and 39.9o < θss < 62.7o for a Helium-Oxygen plasma. </p> <p>Investigation of the plasma power achieved with a pulsed-DC HV generator was also performed. The pulsed DC-driven plasma, which has a characteristic rise time of ~300 ns, ignites at Vbd = 4.5 kV. This breakdown voltage is 1.3 times higher than the minimum for the system, Vbd,min = 3.45 kV, so the resulting overvoltage of the pulsed-DC generator is approximately 1.3 times the minimum breakdown voltage. The electrical power deposited to the discharge for the pulsed-DC driven discharge (133.2 mW) is 6 times the power of the previous AC-driven discharge (21.4 mW). Resulting surface wettability was also calculated for the two generators. The stronger plasma treatment of the pulsed-DC HV generator resulted in a steady-state contact angle 11.4o more hydrophilic than the AC HV generator (θss = 44.6o for pulsed-DC-driven discharge compared to θss = 56o for AC-driven discharge).</p>

Textiles ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) besitzt, aufgrund seiner außerordentlich hohen Molmasse und einem kristallinen Anteil von mehr als 80 %, exzellente spezifische Reißfestigkeiten sowie sehr gute Beständigkeiten gegenüber biologischen, chemischen und physikalischen Einflüssen, wodurch es sich für den Einsatz in Schutztextilien, als textiler Träger für funktionelle Partikel, zur Faserverstärkung in Kunststoffen für hochbelastbare Bauteile und auch zur Herstellung hochwertiger, technischer Textilmembranen anbietet. Voraussetzung für diese Applikationen ist ein hohes Wechselwirkungsvermögen der Fasergrenzflächen. Im Rahmen dieser Dissertationsschrift wurden systematisch die Möglichkeiten zur Oberflächenaktivierung von textilem UHMWPE mittels Atmosphärendruckplasma (ADP) untersucht und Eigenschafts-Wirkungsbeziehungen verschiedener Einflussparameter, u. a. Plasmaleistung, Elektrodenabstand, Behandlungsintensität, aufgeklärt. Dabei lag ein besonderes Augenmerk auf den textilen Eigenheiten des Materials und der dadurch stark beeinflussten Durchdringung des Plasmas. Entsprechend wurden umfangreiche Messreihen zu chemischen und physikalischen Veränderungen der Faseroberfläche erstellt, um schließlich eine industrielle Nutzbarkeit der ADP-Behandlung ableiten zu können. Hierzu wurden auch zwei weitere Verfahren vergleichend begutachtet und in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. eine mögliche Anwendung aktivierter UMHWPE-Garne als Träger für magnetisierbare Nanopartikel betrachtet.

L'intérêt croissant susciter par les applications biomédicales des plasmas non thermiques, inspire le développement de nouvelles sources plasmas. Les décharges à barrière diélectrique (DBD) ou les décharges couronne générées dans l'air ambiant ou dans le flux de gaz rare sont généralement utilisées. Production des plasmas directement dans un liquide a un grand potentiel pour les processus de stérilisation des substances liquides et pour le traitement extracorporel du sang. Les mécanismes physiques de formation d’une décharge électrique dans un milieu liquide ne sont toujours pas entièrement compris .La première partie de cette thèse examine le sujet de l'initiation et le développement de décharge nanoseconde dans les diélectriques liquides (eau déminéralisée, éthanol et n-pentane). La visualisation ombroscopique résolue en temps, la spectroscopie optique d'émission et les mesures électrique sont appliqués à l’étude d’une décharge électrique initiée sur une électrode à pointe positive.Nous avons montré que, selon l'amplitude de tension trois scénarios différents peuvent se produire dans des diélectriques polaires, notamment, la cavitation d'une bulle, le développement de décharge dans une cavité gazeuse (le mode ‘buisson’) et l'initiation de la décharge filamentaire (le mode ‘arborescent’) se propageant directement dans le liquide. La différence dans la formation et la propagation de deux modes de la décharge (‘buisson’ et ‘arbre’) révèle les mécanismes physiques étant très distincts.Dans la deuxième partie de ce travail, nous abordons la question d’interaction entre les plasmas froids atmosphériques avec les cellules vivantes in vitro et in vivo. L’étude porte sur le mécanisme de la mort cellulaire induite par le plasma. Cytométrie de flux avec deux marqueurs AnnexinV (AV) et de l'iodure de propidium (PI) a été appliquée pour l’analyse de la viabilité cellulaire. On montre l’induction de l' apoptose dans les cellules de T lymphocyte humain (Jurkat) et dans les cellules épithéliales (HMEC) traités par le plasma de DBD nanoseconde. Dans les souris nudes l'induction de l'apoptose et de la nécrose en fonction de la dose est observé par la microscopie électronique dans les coupes de l'épiderme. L'analyse histologique montre l’apparition des lésions importantes dans l'épiderme , derme, hypoderme et les muscles en fonction de la durée du traitement. Production de peroxyde d'hydrogène dans le milieu de culture (PBS) exposé au plasma de DBD est mesurée à l’aide d’une sonde fluorescente sélective (Amplex® Red). La viabilité des cellules de la thyroïde humaines ( HTori -3) et des cellules de mélanome (1205Lu) cellules démontre la dépendance nonmonotone de la concentration de H2O2. Le rôle majeur du peroxyde d'hydrogène produit par plasma et du champ électrique de la DBD est suggéré. / Growing interest in biomedical applications of nonthermal plasmas inspires the development of new plasmas sources. Dielectric barrier (DBD) and corona discharges produced in ambient air or in noble gas flow are typically applied. Direct production of plasma in liquids has a great potential for sterilization of liquid substances and extracorporeal blood treatment. The physical mechanisms of discharge formation in liquid medium are not fully understood.The first part of this thesis deals with the initiation and development of the nanosecond discharge in liquid dielectrics (deionized water, ethanol and n-pentane). Time-resolved shadowgraph visualization, optical emission spectroscopy and electrical diagnostics are applied to investigate the discharge formation on point anode.We have shown that depending on the applied voltage amplitude three different scenario can occur in the polar dielectric, namely, cavitation of a bubble, discharge development in the gaseous cavity (bush-like mode) and initiation of the filamentary discharge (tree-like mode) propagating in bulk liquid. Formation of the bush-like and the tree-like discharges is governed by distinct physical mechanisms, resulting in strongly different plasma parameters.In the second part of this work we address the question of how cold atmospheric plasma interacts with living cells in-vitro and in-vivo, and what is the mechanism of plasma induced cell death. Flowcytometry based cell viability assay with two markers AnnexinV (AV) and Propidium iodide (PI), demonstrates a dose dependent induction of the apoptosis for human T lymphocyte (Jurkat) and epithelial (HMEC) cells treated with DBD plasma. In nude mice model, induction of apoptosis and necrosis in dose dependant manner is observed by electron microscopy in thin epidermis sections. Histological analysis shows significant lesions appeared in epidermis, dermis, hypodermis and muscle as a function of treatment duration. Production of hydrogen peroxide in culture medium (PBS) exposed to DBD plasma is measured using selective fluorescent probe (Amplex® Red). Cell viability of human thyroid epithelial (HTori-3) and melanoma (1205Lu) cells demonstrates nonmonotonous dependence on H2O2 concentration. The major role of plasma produced hydrogen peroxide and DBD electric field is suggested.

Ce travail s’inscrit dans le processus de développement d’un dispositif de traitement de composés organiques volatils (COV) par plasma non-thermique. L’application industrielle des dispositifs de dépollution par plasma froid se heurte à deux limitations majeures que sont une consommation énergétique importante et la formation de sous-produits. Deux axes d’amélioration de l’efficacité énergétique du procédé à décharges sur barrière diélectrique sont explorés dans ce travail de thèse : le mode de dépôt d’énergie dans la décharge et le couplage du réacteur plasma avec un dispositif catalytique. Concernant le premier axe, l’étude a montré que dans le cas des réacteurs DBD étudiés, le paramètre gouvernant la réactivité chimique du plasma à pression atmosphérique était la densité d’énergie, qu’il s’agisse de production d’ozone ou d’élimination d’un COV de la phase gazeuse. L’étude chimique des sous-produits de dégradation par décharge a été conduite pour trois molécules cibles : l’éthanol, l’acétone et la méthyléthylcétone. Dans le cas de l’éthanol, un schéma cinétique 0D est proposé, montrant l’importance de la dissociation dans les mécanismes de dégradation du COV. Pour le second axe exploré, le réacteur plasma a été couplé à un catalyseur. Deux formulations de catalyseurs ont été utilisées, avec et sans métaux précieux. Dans les deux cas, l’activation du catalyseur à basse température par couplage avec le réacteur plasma est démontrée. La dernière partie de l’étude présente les résultats obtenus sur un réacteur plasma à échelle pilote visant à estimer l’impact de l’augmentation des capacités de traitement d’un réacteur DBD sur l’efficacité énergétique du procédé. / This work deals with the development of a VOC removal method by non-thermal plasma which has several advantages including flexibility, compactness and limited investment costs. Further development of this technology needs to overcome major drawbacks such as high energy consumption for high flow rate treatment and the presence of by-products. The first part of the study focuses on the method of discharge energy deposition and the search for optimization of the process energy efficiency. Development of experimental and measurement tools, in particular for the determination of the electrical power injected into the discharge were carefully carried out. The effect of voltage waveform, signal frequency and electrode shape were investigated. The results show that no energy efficiency improvement could be brought by variation of these parameters and that only energy density is important in the gas treatment process. The second part of the study was devoted to the study of conversion of three pollutants (acetone, ethanol and methylethylketone). Formation of by-products was analyzed and a kinetic scheme is proposed for ethanol conversion. To decrease the level of by-products at the reactor outlet, the association between cold plasma and catalysis was investigated. Catalysis was found to allow an improvement in the oxidation of the pollutants and of the discharge by-products. The last part of this work focused on results obtained with a large flow rate plasma reactor to confirm extension of laboratory scale results to larger equipment. Results confirmed that the extension of low flow rate experimental results is possible.

Les dispositifs DBD se répandent dans un grand nombre d’applications industrielles. Utilisés depuis plus de 150 ans pour la production d’ozone afin de décontaminer l’eau à grande échelle, ils ont depuis la fin du XXème siècle investi les domaines du traitement de surface polymère, du dépôt de couche mince sur substrat et de l’émission lumineuse pour la décontamination ainsi que la médecine. Ces dispositifs sont mis en oeuvre avec un générateur électrique dont les caractéristiques impactent fortement la qualité de la décharge. Ce travail s’inscrit en partie dans le cadre du développement d’une application de traitement de surface à pression atmosphérique. Il aborde la problématique de l’augmentation de la vitesse de dépôt de couche mince au travers des paramètres de l’alimentation électrique. Plus précisément, ce travail s’intéresse aux apports d’une alimentation en courant rectangulaire et aborde également les problématiques liées à la conception et à la fabrication de ce convertisseur. En particulier, une grande attention est portée sur l’étude du transformateur élévateur, car au travers de ses éléments parasites capacitifs, ce dernier peut limiter le transfert de puissance entre la source électrique et le dispositif DBD. Un deuxième aspect de cette étude consiste à entrevoir l’intérêt que revêtent deux convertisseurs statiques dédiés à l’alimentation de dispositifs DBD. Le premier consiste en une alimentation résonante en régime de conduction discontinue dont la particularité est de posséder trois degrés de liberté (fréquence, tension d’entrée et largeur d’impulsion), ce qui lui confère un intérêt exploratoire. Le second convertisseur consiste en une alimentation résonante haute tension et haute fréquence permettant l’éviction du transformateur élévateur, et mettant en oeuvre des interrupteurs au nitrure de gallium (GaN) afin d’atteindre une fréquence de fonctionnement supérieure au mega-Hertz avec un faible niveau de pertes. / DBD devices are widely used in industrial applications. 150 years ago, they were only employed in ozoners for water decontamination. In recent decades, the progress of knowledge and technology allowed to use them in many other applications like surface treatment, medical applications and light emission. Actually, these devices are supplied with an electrical source which parameters can strongly impact the discharge behaviour. An important part of this work comes within the framework of the development of an atmospheric pressure surface treatment involving DBDs. The issue of the influence of the generator's electrical parameters on the treatment speed is discussed. In particular, this work focuses on the merits of a rectangular shaped current source concerning the behavior of an atmospheric pressure discharge in nitrogen ; the problems related to the design and the fabrication of such a converter are highlighted. The design of the high voltage transformer is then described in detail since its lumped elements play an important role as they can strongly limit the power transfer between the electrical source and the DBD device. A second aspect of this work is to establish the interests of two particular power converters. The first one is a resonant converter operating in a discontinuous conduction mode ; its merits is to exhibit three degrees of freedom (input voltage, frequency, current pulse width) instead of two, which is a tremendous asset for exploring purposes. The second one is a high-frequency resonant converter where a resonant inductance and the DBD device structural capacitances are used instead of a high voltage transformer to perform the voltage amplification, which circumvents the issue related to the transformer parasitic elements. This converter is based on GaN HEMT switches in order to reach a low semiconductor losses level and a fairly high operating frequency (above the mega-Hertz).

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArlindoBNN_DISSERT.pdf: 2586996 bytes, checksum: 478bf85288aae614a5921757e3272558 (MD5) Previous issue date: 2014-02-07 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Research for better performance materials in biomedical applications are constants. Thus recent studies aimed at the development of new techniques for modification of surfaces. The low pressure plasma has been highlighted for its versatility and for being environmentally friendly, achieving good results in the modification of physic chemical properties of materials. However, it is requires an expensive vacuum system and cannot able to generate superficial changes in specific regions. Furthermore, it is limits their use in polymeric materials and sensitive terms due to high process temperatures. Therefore, new techniques capable of generating cold plasma at atmospheric pressure (APPJ) were created. In order to perform surface treatments on biomaterials in specific regions was built a prototype capable of generating a cold plasma jet. The prototype plasma generator consists of a high voltage source, a support arm, sample port and a nozzle through which the ionized argon. The device was formed to a dielectric tube and two electrodes. This work was varied some parameters such as position between electrodes, voltage and electrical frequency to verify the behavior of glow discharges. The disc of titanium was polished and there was a surface modification. The power consumed, length, intensity and surface modifications of titanium were analyzed. The energy consumed during the discharges was observed by the Lissajous figure method. To check the length of the jets was realized with Image Pro Plus software. The modifications of the titanium surfaces were observed by optical microscopy (OM ) and atomic force microscopy (AFM ). The study showed that variations of the parameters such as voltage, frequency and geometric position between the electrodes influence the formation of the plasma jet. It was concluded that the plasma jet near room temperature and atmospheric pressure was able to cause modifications in titanium surface / Pesquisas na busca por materiais com melhor desempenho para aplica??es biom?dicas s?o constantes. Assim, estudos recentes buscam o desenvolvimento de novas t?cnicas para modifica??es de superf?cies. O plasma a baixa press?o vem se destacando pela sua versatilidade e por ser ambientalmente correto, obtendo-se bons resultados na modifica??o das propriedades f?sico-qu?micas dos materiais. Por?m, esta t?cnica necessita de um sistema de v?cuo de alto custo e n?o ? capaz de gerar modifica??es superficiais em regi?es pontuais. Al?m disso, limita seu uso em materiais polim?ricos e termosens?veis, devido ?s altas temperaturas do processo. Diante disso, foram criadas novas t?cnicas capazes de gerar um plasma frio a press?o atmosf?rica (APPJ). Com o objetivo de realizar tratamentos superficiais em biomateriais em regi?es pontuais, foi constru?do um prot?tipo capaz de gerar um jato de plasma frio. O prot?tipo gerador de plasma consiste em uma fonte de alta tens?o, um bra?o suporte, um porta amostra e uma ponteira por onde passa o arg?nio ionizado. Dentro desta ponteira existe um tubo diel?trico e dois eletrodos. Neste estudo foram variados alguns par?metros como: posi??o entre eletrodos, tens?o e frequ?ncia el?trica para verificar o comportamento das descargas luminescentes. Tratou-se disco de tit?nio grau II polido e verificou-se a energia el?trica consumida, comprimento, intensidade e modifica??es superficiais do tit?nio. A energia consumida durante as descargas foram verificadas pelo m?todo da figura de Lissajous. Para verificar o comprimento dos jatos foi utilizado o software Image Pro Plus. As modifica??es na superf?cie do tit?nio foram verificadas por microscopia ?tica (MO) e de for?a at?mica (MFA). O trabalho mostrou que varia??es dos par?metros de tens?o, frequ?ncia e posi??o geom?trica entre os eletrodos influenciam na forma??o do jato de plasma. Foi poss?vel concluirque o jato de plasma pr?ximo ? temperatura ambiente e a press?o atmosf?rica foi capaz de provocar modifica??es superficiais no tit?nio

Cette thèse porte sur une nouvelle approche pour le contrôle d’écoulement aérodynamique. Cette nouvelleapproche est basée sur l’utilisation d’actionneurs plasma. La modélisation numérique peut être une outilpuissante entre les mains des scientifiques et des ingénieurs pour comprendre, optimiser et ainsi ouvrir lavoie à la commercialisation et l’application de cette technologie. Le couplage entre l’électromagnétisme, leplasma et l’écoulement, nécessite des modèles et des techniques numériques avancées. Le travail présentédans cette thèse, a pour principaux objectifs : le développement et la validation de méthodes numériques poursimuler efficacement le fonctionnement de certains des plus importants types d’actionneurs plasma. Nousnous sommes intéressés à trois types d’actionneurs plasma : les décharges micro-ondes, la décharge à barrièrediélectrique (DBD) et le jet synthétique plasma (JSP).En ce qui concerne les décharges microondes, les objectifs sont plus fondamentaux que pour les autrestypes d’actionneurs. Il s’est agit de mieux comprendre la création du plasma, son évolution et de calculerl’efficacité énergétique de dispositifs microondes par la simulation numérique. Un schéma couplé implicite(ADI) - FDTD avec un modèle de plasma fluide simplifié est présenté. Cette formulation conserve la simplicitéet la robustesse des systèmes de FDTD, tout en dépassant la barrière du critère de stabilité CFL. Elle conduità un temps de calcul réduit et la possibilité de réaliser des simulations tridimensionnelles de la formationdu plasma et de l’évolution d’un plasma dans un champ micro-ondes. Afin d’étudier l’énergie absorbée parle plasma et le transfert vers le gaz sous forme de chaleur ainsi que le changement consécutif de la densitédu gaz, un solveur Euler a été couplé avec le modèle EM-plasma en tenant compte des effets de gaz réel.Diverses validations et applications sont ensuite étudiés. Des simulations tridimensionnelles de formationdu plasma sont réalisée qui montrent la formation de structures dans une décharge micro-ondes librementlocalisée. Les effets de chauffage de gaz sur le développement d’un "streamer" et la durée d’un volumepré-ionisé avec des champs sous-critiques sont également calculés.En ce qui concerne les deux autres groupes d’actionneurs, les objectifs de cette thèse se concentrent sur lamodélisation de leur fonctionnement et sur la production d’écoulement qui en résulte. Le Jet Synthétique Plasma a été numériquement étudié par trois modèles couplés. Les résultats obtenus sont prometteurspour l’optimisation du JSP et une meilleure compréhension des mécanismes qui limitent ses performances.L’actionneur DBD a été modélisée en utilisant deux solveurs différents basés sur des modèles physiquessimilaires - celui développé à l’ONERA et l’autre à LAPLACE. Des études paramétriques ont montré queles modèles donnent une estimation assez précise de la force produite par le DBD par rapport à des mesuresexpérimentales. Des applications aérodynamiques de contrôle d’écoulement ont démontré les effets possiblesde ces actionneurs pour la transition laminaire - turbulente et l’amélioration de la portance. Ces travauxouvrent une perspective nouvelle dans la conception et l’optimisation de ces actionneurs. / As aerodynamic flow control still remains one of the top subjects of research in the aerospace scientific world, new ways to perform such a control are being constantly studied. Plasma actuators based on momentum or energy addition in the flow, have been proven capable of positively modifying the flow aerodynamic features. Nevertheless, the development and optimization of such actuators, require further understanding of the basic multi-scale physics involved. In this thesis, we are interested in the numerical modeling of plasma flow control actuators. Three types of plasma actuators are considered: Microwave Plasma Discharges (MPD), the Dielectric Barrier Discharge (DBD) and the Plasma Synthetic Jet (PSJ). Concerning MPDs, a novel implicit approach has been developed which with have enabled three-dimensional simulations in time domain in reduced CPU time. The microwave breakdown and evolution of the plasma due to the electromagnetic waves has been studied numerically, demonstrating the three-dimensional nature of such discharges. Coupling of the EM-plasma model with an Euler based solver accounting for real gas effects, have revealed the plasma modification due to the intense gas heating. For the PSJ actuator, the numerical solver consists of three coupled numerical models and the obtained results of its operation offer important information of its performance and its limits. The DBD actuator has been numerically studied using 2 different solvers (based on the same physical model). Both solvers were capable to give quite accurate estimations of the induced force due to the plasma and various parametric studies have been conducted. These studies offer new perspectives in the understanding and the optimization of plasma actuators for flow control purposes.

Atomization conditions for tin hydride in the planar dielectric barrier discharge (DBD) plasma atomizer were optimized with detection by atomic absorption spectrometry (AAS). The effects of apparatus arrangement such as the shape of a waveform function of the high voltage power supply source, DBD atomizer design as well as presence of a dryer tube filled with NaOH pellets to prevent residual aerosol and moisture transport into the DBD were investigated in detail. The optimal experimental setup consisted of a square wave high voltage power supply source coupled to a DBD with vapor-deposited electrodes in the presence of NaOH dryer upstream the DBD atomizer. Argon was found as the best discharge gas under a flow rate of 120 mL min-1 while the DBD optimum high voltage supply rate was 7 kV. A sensitivity of 0.05 s ng-1 Sn and a limit of detection of 1.1 ng mL-1 Sn were reached under optimized conditions. Optimization of the whole experimental setup resulted in 7-fold improvement of sensitivity compared to the original arrangement consisting of a sinusoidal source coupled to a DBD atomizer with glued electrodes in absence of the dryer. Keywords atomic absorption spectrometry, hydride generation, hydride atomization, quart tube atomizer, dielectric barrier discharge (DBD)