Les plasmas de décharges électriques qui entrent en contact avec des liquides ont suscité beaucoup d'attention depuis une cinquantaine d’années. En effet, les décharges avec des liquides se caractérisent par une réactivité chimique importante. Afin d’optimiser cette réactivité, de nombreuses études ont été effectuées en fonction de différents paramètres, tels que la configuration géométrique d’électrode, la composition du gaz, l’alimentation électrique (polarité, amplitude et fréquence), etc. Les travaux de recherche sur le traitement de l'eau par plasma et les applications environnementales ont débuté il y a plusieurs années. Plus récemment, la pollution par le plastique dans l’environnement marin et terrestre a créé un nouveau domaine d’applications des plasmas, en particulier ceux qui sont couplés avec un milieu liquide. Dans ce mémoire de maîtrise, les décharges en milieu liquide sont appliquées à la dégradation de polystyrène (PS) solide dans l’eau. Le point de départ de cette étude a été la réalisation d’un montage pointe - pointe : l’électrode de masse est immergée dans de l’eau déionisée et l’électrode de haute tension se trouve au-dessus de la phase liquide. Le PS se situe à l’interface air/eau. Une étude paramétrique est effectuée afin d’établir les paramètres optimaux pour la dégradation, en particulier la fréquence de répétition des décharges pour des valeurs entre 2 et 10 kHz. Pour ce faire, l’étude des caractéristiques électriques ainsi qu’optiques de chaque décharge permet de suivre ses propriétés au cours du traitement et de les coupler à la perte de masse de PS. À partir de ces données, il est possible de mettre en évidence un changement de régime de décharge à haute fréquence (10 kHz) : transition d’un streamer à un spark. De ce fait, il a été possible d’établir le rôle potentiel de chaque régime (streamer à spark) dans la dégradation du PS. Cette étude a permis de proposer un mécanisme de dégradation du polystyrène. Ainsi, nous avons trouvé qu’à 10 kHz, la dégradation du PS était maximisée avec une réduction de la masse de 83%, tandis qu’elle est de 50% à 5 kHz après traitement par un nombre de décharges équivalent. La caractérisation par FTIR du PS a montré que sa composition chimique ne change pas pendant la dégradation. Cependant, l’analyse de l’eau par résonance magnétique nucléaire a permis d’identifier la présence d’une faible quantité d’éthylbenzène comme sous-produit de dégradation. Les résultats présentés dans ce mémoire représentent une contribution à la compréhension de la dégradation de plastique par décharges électriques en milieu liquide. / Electric discharge plasmas that come into contact with liquids have attracted a great deal of attention over the last fifty years. Indeed, discharges with liquids are characterized by significant chemical reactivity. In order to optimize this reactivity, numerous studies have been carried out in relation to various parameters, such as electrode geometry, gas composition, power supply (polarity, amplitude and frequency), and so on. Research into plasma water treatment and environmental applications began several years ago. More recently, plastic pollution in the marine and terrestrial environment has created a new field of applications for plasmas, particularly those coupled with a liquid. In this master's thesis, liquid discharges are applied to the degradation of solid polystyrene (PS) in water. The starting point for this study was the realization of a tip-to-tip set-up. The ground electrode is immersed in deionized water, and the high-voltage electrode is above the liquid phase. The PS is located at the air/water interface. A parametric study is carried out to establish the optimum parameters for degradation, in particular the discharge repetition frequency for values between 2 and 10 kHz. The study of the electrical and optical characteristics of each discharge makes it possible to monitor its properties during processing, and to couple them to the mass loss of the PS. From these data, it is possible to highlight a change in discharge regime at high frequency (10 kHz): transition from streamer to spark. As a result, it was possible to establish the potential role of each regime (streamer to spark) in PS degradation. This study enabled us to determine the degradation mechanisms of polystyrene. We found that PS degradation was maximized at 10 kHz, with a mass reduction of 83%, while it was 50% at 5 kHz after treatment with an equivalent number of discharges. FTIR characterization of the PS showed that its chemical composition did not change during degradation. However, nuclear magnetic resonance analysis of the water identified the presence of a small amount of ethylbenzene as a degradation by-product. The results presented in this thesis represent a contribution to the understanding of plastic degradation by electrical discharges in liquid systems.

Dans cette thèse, nous avons fabriqué des cellules solaires à jonction radiale en nanofils de silicium avec du silicium microcristallin hydrogéné (µc-Si:H) comme absorbeur, par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma à basse température (PECVD). Pour contrôler la densité de nanofils sur les substrats, nous avons utilisé des nanoparticules (NP) de dioxyde d'étain (SnO₂) d'un diamètre moyen de 55 nm, disponibles dans le commerce, comme précurseur du catalyseur Sn pour la croissance des nanofils de silicium. La distribution des nanoparticules de SnO₂ sur le substrat a été contrôlée par centrifugation et dilution du colloïde de SnO₂, en combinaison avec la fonctionnalisation du substrat. Par la suite, le SnO₂ est réduit en Sn métallique après le traitement par plasma de H₂, suivi de la croissance, par la technique vapeur-liquide-solide (VLS) assistée par plasma, de nanofils de Si sur lesquels sont déposées les couches P, I et N constituant les cellules solaires à jonction radiale. Nous avons atteint un taux de croissance élevé des nanofils de Si, jusqu'à 70%, avec une très large gamme de densité, de 10⁶ à 10⁹ /cm². Comme approche supplémentaire de contrôle de la densité des nanofils, nous avons utilisé du Sn évaporé comme précurseur du catalyseur Sn. Nous avons étudié l'effet de l'épaisseur de Sn évaporé, l'effet de la durée du traitement au plasma de H₂ et l'effet du débit de gaz H₂ dans le dans le mélange de précurseurs, sur la densité des nanofils. L'ellipsométrie spectroscopique in-situ (SE) a été utilisée pour contrôler la croissance des nanofils et le dépôt des couches de µc-Si:H sur les SiNWs. En combinant les résultats de in-situ SE et de microscopie électronique à balayage, une relation entre l'intensité du signal de SE pendant la croissance et la longueur et la densité des nanofils a été démontrée, ce qui permet d'estimer ces paramètres en cours de croissance. Nous avons réalisé une étude systématique des matériaux (couches intrinsèques et dopées de type n ou p de µc-Si:H, couches dopées d'oxyde de silicium microcristallin hydrogéné, µcSiOx:H) et des cellules solaires obtenues dans deux réacteurs à plasma appelés "PLASFIL" et "ARCAM". Les épaisseurs de revêtement sur substrat lisse et sur les nanofils ont été déterminées et nous avons obtenu une relation linéaire entre les deux, ce qui permet de concevoir un revêtement conforme sur les nanofils pour chaque couche avec une épaisseur optimale. Les paramètres des nanofils et des matériaux, affectant la performance des cellules solaires à jonction radiale, ont été systématiquement étudiés, les principaux étant la longueur et la densité des nanofils, l'épaisseur de la couche intrinsèque de µc-Si:H, l'utilisation de µc-SiOx:H et le réflecteur arrière en Ag. Enfin, avec les cellules solaires à jonction radiale en nanofils de silicium optimisées utilisant le µc-Si:H comme absorbeur, nous avons atteint un rendement de conversion de l'énergie de 4,13 % avec Voc = 0,41 V, Jsc = 14,4 mA/cm² et FF = 69,7%. Cette performance est supérieure de plus de 40 % à l'efficacité record de 2,9 % publiée précédemment. / In this thesis, we have fabricated silicon nanowire (SiNW) radial junction solar cells with hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si:H) as the absorber via low-temperature plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). To control the density of NW on the substrates, we have used commercially available tin dioxide (SnO₂) nanoparticles (NPs) with an average diameter of 55 nm as the precursor of Sn catalyst for the growth of SiNWs. The distribution of SnO₂ NPs on the substrate has been controlled by centrifugation and the dilution of the SnO₂ colloid, combined with the functionalization of the substrate. Subsequently, SnO₂ is reduced to metallic Sn after the H₂ plasma treatment, followed by the plasma-assisted vapor-liquid-solid (VLS) growth of SiNWs upon which the P, I and N layers constituting the radial junction solar cells are deposited. We have achieved a high yield growth of SiNWs up to 70% with a very wide range of NW density, from 10⁶ to 10⁹ /cm². As an additional approach of controlling the density of SiNWs we have used evaporated Sn as the precursor of Sn catalyst. We have studied the effect of the thickness of evaporated Sn, the effect of duration of H₂ plasma treatment and the effect of H₂ gas flow rate in the plasma, on the density of SiNWs.In-situ spectroscopic ellipsometry (SE) was used for monitoring the growth of SiNWs and the deposition of the layers of μc-Si:H on SiNWs. Combining in-situ SE and SEM results, a relationship between the intensity of SE signal and the length and the density of SiNWs during the growth was demonstrated, which allows to estimate the density and the length of SiNWs during the growth. We have carried out a systematic study of materials (intrinsic, p-type,n-type µc-Si:H and µcSiOx:H doped layers) and solar cells obtained in two plasma reactors named “PLASFIL” and “ARCAM”. The thicknesses of coating on the flat substrate and on the SiNWs have been determined with a linear relation which helps to design a conformal coating on SiNWs for each layer with an optimal thickness. The parameters of the SiNWs and the materials, affecting the performance of radial junction solar cells, have been systematically studied, the main ones being the length and the density of SiNWs, the thickness of intrinsic layer of μc-Si:H on SiNWs, the use of the hydrogenated microcrystalline silicon oxide (μc-SiOx:H) and the back reflector Ag. Finally, with the optimized silicon nanowire radial junction solar cells using the μc-Si:H as the absorber we have achieved an energy conversion efficiency of 4.13 % with Voc = 0.41 V, Jsc = 14.4 mA/cm² and FF = 69.7%. This performance is more than 40 % better than the previous published record efficiency of 2.9 %.