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.

In this thesis, we focused on the understanding of the synthesis and texturization processes of hydrophobic and (super)hydrophobic fluorinated surfaces by atmospheric plasmas.<p><p>First, we focused on the surface modifications of a model surface, the polytetrafluoroethylene (PTFE), by the post-discharge of a radio-frequency plasma torch. The post-discharge used for the surface treatment was characterized by optical emission spectroscopy (OES) and mass spectrometry (MS) as a function of the gap (torch-sample distance), and the helium and oxygen flow rates. Mechanisms explaining the production and the consumption of the identified species (N2, N2+, He, O, OH, O2m, O2+, Hem) were proposed. <p><p>The surface treatment was then investigated as a function of the kinematic parameters (from the motion robot connected to the plasma torch) and the gas flow rates. Although no change in the surface composition was recorded, oxygen is required to increase the hydrophobicity of the PTFE by increasing its roughness, while a pure helium plasma leads to a smoothing of the surface. Based on complementary experiments focused on mass losses, wettability and topography measurements coupled to the detection of fluorinated species on an aluminium foil by XPS, we highlighted an anisotropic etching oriented vertically in depth as a function of the number of scans (associated to the treatment time). Atomic oxygen is assumed to be the species responsible for the preferential etching of the amorphous phase leading to the rough surface, while the highly energetic helium metastables and/or VUV are supposed to induce the higher mass loss recorded in a pure helium plasma.<p><p>The second part of this thesis was dedicated to the deposition and the texturization of fluorinated coatings in the dielectric barrier discharge (DBD). The effects of the nature of the precursor (C6F12 and C6F14), the nature of the carrier gas (argon and helium), the plasma power, and the precursor flow rate were investigated in terms of chemical composition, wettability, topography and crystallinity by SIMS, XPS, WCA, AFM and XRD. We showed that hydrophobic surfaces with water contact angles (WCA) higher than 115° were obtained only in the presence of argon and were assumed to be due to the roughness created by the micro-discharges. Plasma-polymerized films in helium were smooth and no WCA higher than 115° was observed. We also studied the impact of the deposition rate and the layer thickness in the hydrophobic properties as well as the polymerization processes through the gas phase characterization.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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L’objectif de cette thèse est d’acquérir une meilleure connaissance des décharges à barrières diélectriques basse fréquence et double fréquence BF-RF (50 kHz – 5 MHz), en Ar-NH3 à la pression atmosphérique, notamment à travers l’étude de leurs propriétés spatio-temporelles. Dans ce contexte, des mesures d’émission et d’absorption spectroscopiques, résolues dans l’espace et /ou le temps, incluant des cartographies sur un cycle BF (20 µs) résolues à l’échelle de la RF (7 ns) ainsi que des mesures électriques ont été confrontées avec un modèle fluide 1D. Dans un premier temps, la comparaison de l’évolution de la densité d’argon métastable entre le modèle et la mesure a mis en évidence l’influence des photons VUV sur l’émission secondaire et donc sur l’auto-entretien de la décharge basse fréquence et double fréquence. En double fréquence, l’étude de l’effet de l’amplitude de la tension RF démontre l’influence du niveau d’ionisation RF sur le claquage . Plus l’amplitude de la tension RF est importante, plus la densité du plasma RF  est élevée et plus la tension appliquée au gaz nécessaire pour obtenir le mode  diminue. Ainsi, la densité d’électrons augmente, alors que la densité des espèces formées par des électrons de haute énergie (Ar(1s) et Ar(2p)) décroit. Ensuite, la dissymétrie du courant à l’échelle RF est expliquée par la présence continue d’une gaine cathodique oscillante à l’échelle de la fréquence RF. Ainsi, nous avons montré que le transport des charges est contrôlé par la tension BF dans la gaine et par la tension RF dans le volume. Enfin, la physico-chimie de ces décharges en mélange Penning Ar-NH3 a été explorée à travers la caractérisation des produits de décomposition de NH3 visibles en spectroscopie d’émission optique, et en particulier, l’émission liée à la désexcitation du H2(a) observée à autour de 200 nm. En couplant expérience et modélisation, un nouveau mécanisme de formation de H2(a) en post-décharge a été proposé. En s’appuyant sur le modèle 1D, le degré de dissociation de NH3 a été estimé et les mesures en fonction du temps de résidence de NH3 dans le plasma ont, en particulier, montrées que la décharge homogène peut se propager le long des lignes de flux sans changer de régime. / The aim of this thesis is to gain a better understanding of low-frequency and dual-frequency LFRF (50 kHz - 5 MHz) dielectric barrier discharges in Ar-NH3 at atmospheric pressure, in particular by studying their spatio-temporal properties. In this context, spectroscopic emission and absorption measurements, space and/or time resolved, including mappings on an LF cycle (20 µs) resolved on the RF scale (7 ns), as well as electrical measurements, were compared with a 1D fluid model. Firstly, a comparison of the evolution of the metastable argon density between the model and the measurement highlighted the influence of VUV photons on secondary emission and therefore on the self-maintenance of the low-frequency and dual-frequency discharge. In dual frequency discharges, the study of the effect of the amplitude of the RF voltage demonstrates the influence of the level of RF ionisation on  breakdown. The higher the amplitude of the RF voltage, the higher the density of the RF  plasma and the lower the gas voltage required to obtain the  mode. As a result, the electron density increases, while the density of species formed by highenergy electrons (Ar(1s) and Ar(2p)) decreases. Secondly, the current asymmetry at the RF scale is explained by the continuous presence of an oscillating cathode sheath at the RF frequency scale. Thus, it is shown that charge transport is controlled by the LF voltage in the cathodic and by the RF voltage in the bulk. Finally, the physico-chemistry of these Ar-NH3 Penning discharges is explored through the characterization of NH3 by-products, visible in optical emission spectroscopy, especially the emission of H2(a) around 200 nm. By coupling experiments and modelling, a new mechanism of H2(a) formation is proposed in the post-discharge. Based on the 1D model, a degree of NH3 dissociation has been estimated and measurements as a function of the residence time of NH3 in the plasma have, in particular, shown that the homogeneous discharge can propagate along the lines of flow without changing regime.

L'objectif de cette thèse est de développer un procédé plasma qui puisse se substituer au procédé de dépôt électrolytique de laiton, actuellement appliqué sur les fils d'acier utilisés comme matériaux de renforcement dans un pneu, pour les faire adhérer au caoutchouc. La stratégie employée consiste à déposer une couche mince organochlorée en continu sur un fil d'acier zingué, qui traverse une décharge à barrière diélectrique tubulaire, fonctionnant à la pression atmosphérique, dans une configuration fil-cylindre. Dans un premier temps, les travaux se concentrent sur la caractérisation de la décharge et de la couche mince déposée à la fois en mode statique (substrat immobile dans le réacteur) et dynamique (substrat en défilement). Des relations sont établies entre les paramètres plasma (puissance dissipée dans la décharge, fréquence de la source haute tension, flux de précurseur), les propriétés de la décharge et les caractéristiques du revêtement plasma. Des études morphologique, cinétique et chimique de la couche mince sont réalisées. Dans un second temps, la préparation de la surface du substrat et le dépôt plasma sont optimisés pour permettre d'obtenir les meilleurs niveaux d'adhésion entre l'acier zingué et le caoutchouc. À l'issue de ce travail d'optimisation, des analyses sont réalisées pour identifier la nature de la nouvelle interphase d'adhésion. Cette étude se conclut alors par une discussion sur l'origine possible des liens qui s'opèrent dans ce nouveau système / The primary objective of this thesis project is to develop a plasma process able to replace the electrolytic brass plating process, which is currently performed on steel wires used as reinforcing materials in tires to make them bond with rubber. The chosen strategy consists in depositing organo-chlorinated thin films in a continuous way on zinc-plated steel wires going across a tubular atmospheric pressure dielectric barrier discharge in a wire-cylinder configuration. In a first time, works focus on characterization of both the discharge and the plasma layer, deposited in the static (substrate stationary in the reactor) and dynamic (moving substrate) modes. Relationships are established between the plasma parameters (power dissipated in the discharge, high voltage source frequency, precursor flow rate), the discharge properties and the thin film characteristics. Morphological, kinetic and chemical studies of the plasma layer are carried out. In a second time, the substrate surface preparation and the coating are optimized to enhance the adhesion between zinc-plated steel wires and rubber. Analyses are performed to identify the new adhesion interface nature. At the end of this study, hypotheses concerning the adhesion origin in this system are formulated

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.

Lors de ce travail, de fins films de polystyrène ont été déposés dans la post-décharge d’une torche plasma atmosphérique commerciale, mais aussi dans la décharge d’une DBD (Décharge à Barrière Diélectrique), conçue et développée par nos soins au laboratoire. Une DBD est un procédé permettant d’obtenir des plasmas froids à pression atmosphérique. <p><p>Nos résultats ont montré que la DBD permettait d’obtenir des films de polystyrène de meilleure qualité (degré d’oxydation moindre…) qu’avec la torche commerciale en raison de l’atmosphère contrôlée de l’enceinte DBD. Les films sont déposés en présence d’un gaz porteur (Ar ou He dans la DBD). Nous avons pu mettre en évidence l’influence de la nature de ce gaz porteur sur la structure des films (degré de branchement, et de réticulation des films et de préservation des cycles aromatiques de la molécule de départ). <p><p>Les dépôts de polystyrène sulfoné ont été synthétisés dans la DBD en une seule étape, par « copolymérisation » de deux précurseurs (styrène et acide trifluorométhane sulfonique) injectés simultanément dans la décharge. Ces membranes pourraient servir d’électrolyte dans les piles à combustibles miniaturisées de type PEMFC (« Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell »), utilisant de l’hydrogène ou du méthanol et ce pour des applications portables. <p><p>L’acide trifluorométhane sulfonique permet le greffage de groupements sulfoniques échangeurs d’ions (nécessaires pour la conductivité de la membrane) sur le squelette de polystyrène. <p><p>La complémentarité des différentes techniques spectroscopiques utilisées -Spectroscopie des Photoélectrons X (XPS), Infra-Rouge à Transformée de Fourier (FTIR), Spectroscopie des Ions Secondaires (SIMS) statique et dynamique- ont montré que les groupements acides sulfoniques (bien préservés dans la décharge à pression sub-atmosphérique) étaient bien greffés dans la matrice de polystyrène, et ce sur toute l’épaisseur de la membrane. L’influence des paramètres (température de l’acide, tension appliquée entre les électrodes, nature du gaz porteur…) sur la quantité de groupements ionisables greffés, sur la vitesse de dépôt et aussi sur la morphologie des films a été étudiée respectivement par XPS et par microscopie. <p><p>En plus des dépôts sur substrats usuels (Si, acier…) utilisés pour les caractérisations chimiques, nous avons synthétisé les films directement sur des électrodes de carbone enrichies en platine.<p> <p>Nous avons déposé le catalyseur à partir d’une solution colloïdale de platine nébulisée dans la post-décharge d’une torche plasma atmosphérique sur des couches de carbones poreuse et sur du carbone vitreux (utilisé comme modèle pour le profilage par SIMS dynamique) dans différentes configurations et ce pour différents paramètres afin de constituer des électrodes servant de substrat pour l’adhésion de la membrane-plasma pour des perspectives d’assemblage membrane-électrodes pour PAC. /<p><p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This PhD aimed to elucidate the mechanisms by which polymorphisms may alter androgen-induced transactivation of androgen receptor (AR) target genes which may be important in prostate cancer aetiology. The second aspect of this PhD focused on identifying and characterising functional polymorphisms that may have utility as predictive risk indicators for prostate cancer and which may aid in earlier therapeutic intervention and better disease management. Analyses were carried out on the kallikrein-related peptidase 3 (KLK3), also known as the prostate specific antigen (PSA), gene and the kallikrein-related peptidase 4 (KLK4) gene. The PSA and KLK4 genes are part of the serine protease family that have trypsin or chymotrypsin like activity and are thought to play a role in the development of hormone-dependent cancers in tissues such as those in the prostate, breast, endometrium and ovaries. In the prostate, PSA is regulated by androgens and three androgen response elements (AREs) have been described in the promoter and upstream enhancer region. The PSA ARE I harbours a polymorphism at -158 bp from the transcription initiation site (TIS) that results in a G to A transition (G-158A). This PhD investigated the functional significance of the PSA G-158A polymorphism which has been reported to be associated with prostate cancer risk. Electromobility shift assays (EMSAs) investigating the interaction of ARE I variants with the AR DNA binding domain (AR-DBD) demonstrated that the A allele had a two-fold increased binding affinity for the AR-DBD when compared with the G allele. This was confirmed with endogenous AR in limited proteolysis-EMSA experiments. The limited proteolysis-EMSA experiments also demonstrated differential sensitivities of PSA ARE I alleles to trypsin digestion, which suggests that the G-158A polymorphism has an allosteric effect on the AR that alters AR/ARE I complex stability. Furthermore, Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) assays suggest that the A allele more readily recruited the AR in vivo when compared with the G allele and is consistent with the in vitro binding data. Luciferase reporter assays carried out in both LNCaP and 22Rv1 prostate cancer cells, and using the natural (dihydrotestosterone; DHT) ligand demonstrated that the A allele was more responsive to androgens in LNCaP cells. Hence, this study has elucidated the potential mechanisms by which the G-158A polymorphism may differentially regulate PSA expression (of which up-regulation of PSA is thought to be important in prostate cancer development and progression). KLK4 has similar tissue-restricted expression as PSA and is up-regulated by steroid hormones in many endocrine cells including those in the prostate. A putative ARE (KLK4-pARE) located at -1,005 to -1019 relative to the more predominantly used transcription initiation site, TIS3, was initially found in supershift assays using AR antibodies to interact with endogenous AR. However, subsequent EMSA analysis using purified AR-DBD suggest that KLK4-pARE may be interacting with the AR indirectly. To investigate this hypothesis, a tandem construct of KLK4-pARE was cloned into the pGL3-Promoter vector for hormone-induced reporter assays. However, reporter assays did not demonstrate any responsiveness of KLK4-pARE to androgens, estradiol or progestins. Consequently, Real-Time PCR was carried out to reassess the hormonal regulation of KLK4 at the mRNA level. Consistent with the literature, data from this study suggests that KLK4 may be up-regulated by androgens, progestins and estradiol in a cyclical manner. Hormone-induced luciferase reporter assays were then carried out on seven promoter constructs that span 2.8 kb of the KLK4 promoter from TIS3. However, none of the seven promoter constructs demonstrated any significant responsiveness to androgens, estradiol or progestins. This study suggests that hormone response elements (HREs) that may drive the hormonal regulation of KLK4 in prostate cancer may be located further upstream from the promoter region investigated in this PhD, or alternatively, may lie 3' of TIS3. The characterisation of KLK4 promoter polymorphisms and their flanking sequences were also carried out in parallel to the functional work with the intent to assess the functional significance of any polymorphisms that may be located within HREs. In total 19 polymorphisms were identified from the public databases and from direct sequencing within 2.8 kb of the KLK4 promoter from TIS3. However, the functional and clinical significance of these 19 polymorphisms were not further pursued given the negative findings from the functional work. The PSA AR enhancer region was also assessed for potential polymorphisms that may be associated with prostate cancer risk. A total of 12 polymorphisms were identified in the PSA enhancer of which two (A-4643G and T-5412C) have been reported to alter functionality of the enhancer region and thus, prioritised for further analysis. Association analysis for prostate cancer risk was then carried out on these PSA enhancer polymorphisms as none of the KLK4 promoter polymorphisms were found in functional HREs. No significant association for either the A-4643G or T-5412C polymorphism with prostate cancer risk was found at the P = 0.05 level. However, under an age-adjusted dominant model a 1.22- (95% CI = 1.16-1.26) and 1.23-fold (95% CI = 1.17-1.29) increased risk for prostate cancer was found for the A-4643G or T-5412C polymorphisms, respectively. Both polymorphisms were also assessed for association with tumour grade and stage and PSA levels. Genotypes were significantly different for the A-4643G and T-5412C polymorphisms with tumour stage and PSA levels, respectively. However, these results are likely to be biased by the case population which consist primarily of men who presented with incidental (pT1) and organ-confined (pT2) tumours. To summarise, the A-4643G and T-5412C polymorphisms are unlikely to be associated with prostate cancer risk, PSA levels or stage/grade of disease. However, further analyses in a larger cohort is warranted given that these polymorphisms alter androgen responsiveness of the PSA enhancer and that elevated PSA levels are indicative of men with prostate cancer. To summarise, this PhD has elucidated the functional significance of the PSA G-158A polymorphism in prostate cancer and which may be important in prostate cancer patho-physiology. This PhD has also furthered the understanding of the hormonal regulation of KLK4 in prostate cancer cells. Finally, this PhD has carried out a pilot study on two functional PSA enhancer polymorphisms (A-4643G and T-5412C) with prostate cancer risk.

L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de caractériser une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) à la pression atmosphérique dans l’azote en régime homogène. L’objectif est d’une part de mettre en évidence les différents paramètres fondamentaux de ces décharges (température électronique, densité électronique, densité d’espèces excitées et métastables) mais aussi leurs évolutions spatio-temporelles. Dans ce contexte une électrode fractionnée a été réalisée afin de caractériser la décharge le long du flux de gaz et des mesures de spectroscopie d’émission optique résolues spatialement et temporellement ont été utilisées afin d’étudier la physico-chimie de ces décharges. Des variations de tension de claquage et de courant de décharge ont pu être observées entre l’entrée et la sortie du réacteur plasma. Cette variation a pu être reliée à une modification de la population de métastables d’azote N2(A) le long du flux de gaz. De plus, aucune variation significative de la température électronique n’a été relevé. Dans ce travail, des effets d’étalement de la décharge de Townsend ont été mis en évidence grâce à une méthode simple et rapide d'estimation de la surface de décharge. La décharge s’initie d’abord en sortie à cause d’une plus forte population d’espèces énergétiques par rapport à l’entrée. Les mauvaises estimations de surface de décharge conduisent à de mauvaises estimations des valeurs des capacités du circuit équivalent et donc à des paramètres électriques tels que le courant de décharge et la tension appliquée au gaz erronés. Ceci peut donner lieu à de mauvaises interprétations de la physique des DBD. La méthode proposée peut s’appliquer avec ou sans électrode fractionnée ainsi qu’en présence d’espèces réactives appropriées pour le dépôt de couches minces fonctionnelles et multifonctionnelles. / The objective of this master thesis is to characterize a Dielectric Barrier Discharge (DBD) at atmospheric pressure in nitrogen gas in a homogeneous regime. The objective is on the one hand to highlight the different fundamental parameters of these discharges (electronic temperature, electronic density, density of excited and metastable species) but also their spatio-temporal evolutions. In this context a structured electrode was made to characterize the discharge along the gas flow lines as well as optical emission spectroscopy measurements to study the physical chemistry of these discharges. Variations in breakdown voltage and discharge current could be observed between the entrance and the exit of the plasma reactor. This variation could be related to a change in the metastable population of nitrogen N2(A) along the gas flow. In addition, no significant variation in the electronic temperature was noted. In this work, spreading effects of the Townsend discharge were highlighted by a simple and quick method of estimating the discharge area. The discharge is initiated at the exit due to a larger population of energy species compared to the entrance. Wrong discharge area estimates lead to poor estimates of capacitance values of the equivalent circuit and thus to incorrect electrical parameters such as discharge current and gas voltage. This can lead to misinterpretations of DBD physics. The proposed method can be applied with or without fractional electrode, and also in the presence of reactive species suitable for thin-film deposition.

The great need to sterilize biologically sensitive or sterile material in operating theatres, has been given great importance for years. Among the various decontamination techniques being studied, there is a relatively new technique that involves using plasma for the process of decontaminating and sterilizing operating theatres. Plasma is known as the fourth State of matter, and holds the properties of free electrons, ions and cations, as well as other reactive species. This makes it a good candidate for the sterilization and/or decontamination of biological material. Nowadays, the use of plasma is being used with equipment that serves in the process of decontamination. Yet, this equipment at present, is working with low pressure and small volumes, based on the configuration of the electrodes. Generally, noble gases or peroxide are used to produce plasma, which makes it very difficult to use in the field. This thesis requires atmospheric pressure and non-thermal plasma generation equipment. In particular, a system called Atmospheric Pressure Plasma Chamber - No Thermal Plasma (APPC-NTP) and another system called Atmospheric-Pressure Plasma Jet - No Thermal Plasma (APPJ-NTP), which are based on two different systems. Both systems are characterized by the use of pure air as gas for the production of plasma. They work at atmospheric pressure and produce plasma at room temperature, which makes them perfect candidates to be used cost-effectively in many situations, even in the field, and can be used in the decontamination of sensitive material. The objective of this thesis is to investigate and establish a correlation if any, between independent variables entering the system, and dependent variables, or output of the system. This, in order to understand the behaviour of the plasma generated in the conditions, explained in the previous paragraph. While it is true that there are two different systems, the APPC-NTP and APPJ-NTP, the first has been divided into two, during the development of this thesis. Because two completely different voltage amplifiers have been used, the variables which have been studied, both input and output, have given different results. In conclusion, the work which has been done for this thesis, has established the correlation between the variables of entry and exit. Thus, leaving open the possibility of studying the behaviour of these, in relation to the efficiency of biological decontamination or sterilization. / La necesidad de descontaminar biológicamente material sensible o de esterilizar material en quirófanos, ha hecho durante años que se estudien diversas técnicas de descontaminación. Entre ellas surge una técnica relativamente nueva que es la posibilidad de descontaminar o esterilizar mediante plasma. El plasma es conocido por ser el cuarto estado de la materia, y debido a que es un estado en el que están presentes electrones libres, iones, cationes y otras muchas especies reactivas, parece que puede ser un buen candidato para conseguir la esterilización y/o descontaminación de material biológico. En la actualidad ya existen equipos que descontaminan mediante plasma pero estos equipos trabajan a bajas presiones y con pequeños volúmenes por la configuración de los electrodos y, en general, utilizan gases nobles o peróxido para producir el plasma por lo que hace que sea muy complicado su uso en campo. En esta tesis se utilizan equipos de generación de plasma no térmico a presión atmosférica, en concreto dos sistemas diferentes: un sistema denominado cámara de plasma a presión atmosférica - Plasma no térmico o APPC.NTP (Atmospheric Pressure Plasma Chamber - No Thermal Plasma) y otro sistema denominado Jet de plasma a presión atmosférica - Plasma no térmico o APPJ-NTP (Atmospheric-Pressure Plasma Jet - No Thermal Plasma). Ambos sistemas se caracterizan por usar aire puro como gas para la producción de plasma, trabajar a presión atmosférica y producir plasma a temperatura ambiente, lo que los convierte en candidatos perfectos para poder ser utilizados de forma económica en multitud de situaciones, incluso en campo, y de poder ser usados en la descontaminación de material sensible. El objetivo de esta tesis es única y exclusivamente tratar de establecer, en caso de existir, correlaciones entre variables independientes de entrada al sistema y variables dependientes o de salida del sistema a fin de entender el comportamiento del plasma generado en las condiciones explicadas en el párrafo anterior. Si bien es verdad que existen dos sistemas diferentes el APPC-NTP y el APPJ-NTP, el primero se ha dividido en dos durante el desarrollo de la tesis debido a que se han utilizado dos amplificadores de voltaje totalmente diferentes, por lo que las variables estudiadas tanto de entrada como de salida han sido distintas. El trabajo de esta tesis ha concluido con el establecimiento de las correlaciones obtenidas entre las variables de entrada y de salida dejando abierta la posibilidad de estudiar el comportamiento de estas en relación a la eficiencia de descontaminación biológica o la esterilización. / La necessitat de descontaminar biològicament material sensible o d'esterilitzar material als quiròfans, ha fet al llarg d'anys que s'estudien diverses tècniques de descontaminació. D'aquestes en surt una tècnica relativament nova que consiteix en descontaminar o esterilitzar mijançant plasma. El plasma és conegut per ser el quart estat de la matèria, y i degut a que és un estat en el que estan presents electrons lliures, ions, cations i altres espècies reactives sembla que pot ser un bon candidat per a aconseguir l'esterilització i/o descontaminació de material biològic.Eixida del sistema amb loblectiu d'entendre el comportament del plasma generat en les condicions. A l'actualitat ja existeixen equips que descontaminen mijançant plasma però aquestos equips treballen a baixes pressions i amb xicotets volums per la configuració dels electrodes i que, en general, utilitzen gasos nobles o peròxid per a produir el plasma, aquestes raons fan que siga molt complicat el seu ús en camp. A aquesta tesi s'utilitzaran equips de generació de plasma no tèrmic a pressió atmosfèrica, en concret dos sistemes diferents, un sistema anomenat càmera de plasma a pressió atmosfèrica-Plasma no tèrmic o APPC.NTP (Atmospheric Pressure Plasma Chamber - No Thermal Plasma) i altre sistema anomenat Jet de plasma a pressió atmosfèrica - Plasma no tèrmic o APPJ-NTP (Atmospheric-Pressure Plasma Jet - No Thermal Plasma). Tots dos sistemes es caracteritzen per l'ús d'aire pur com a gas per a la producció de plasma, treballar a pressió atmosfèrica i produir plasma a temperatura ambient, i per tant els converteix en cadidats perfectes per a poder ser utilitzats de forma econòmica en multitud de situacions, inclòs en camp i de poder ser usats en la descontaminació de material sensible. L'objectiu d'aquesta tesi és única i exclusivament tractar d'establir, en cas d'existir, correlacions entre variables independents d'entrada al sistema i variables dependents o d'eixida del sistema amb la finalitat d'entendre el comportament del plasma generat en les condicions exposades al paràgraf anterior. Malgrat que existeixen dos sistemes diferents, el APPC-NTP i el APPJ-NTP, el primer s'ha dividit en dos al llarg del desenvolupament de la tesi degut a que s'han utilitzat dos amplificadors de voltatge totalment diferents, pel que les variables estudiades, tant d'entrada con d'eixida, han estat diferents. El treball de la tesi ha conclòs amb l'establiment de les correlacions obtingudes entre les variables d'entrada i d'eixida deixant oberta la possibilitat d'estudiar el comportament d'aquestes en relació a l'eficiència de descontaminació biològica o l'esterilització. / Baeza Oliete, G. (2017). Contribución a la Generación de Plasma Frío Mediante Electrodos Tipo SMD y JET [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86202