Actuellement et en raison de la diminution des ressources pétrolières pour les années à venir, l’hydrogène ou le gaz de synthèse (H2 + CO) sont considérés comme des vecteurs énergétiques qui pourraient permettre de répondre aux enjeux environnementaux et besoins énergétiques. L’exploitation de la biomasse constitue une réserve de carbone et d’hydrogène pouvant être transformée en carburant utilisable. Le travail de cette thèse s’inscrit dans le cadre des recherches concernant la thématique de la conversion de biomasse par plasma non thermique. L’objectif de ce travail a été d’évaluer l’efficacité d’un réacteur plasma spécifique appelé "Statarc" pour la production de gaz de synthèse à partir de composés issus de la biomasse. Afin de caractériser le comportement du réacteur "Statarc", une étude physique de la décharge dans la vapeur d'eau a d’abord été effectuée. Ce travail préliminaire a été considéré comme une base de référence pour l’interprétation des différents résultats obtenus avec des molécules issues de la biomasse : méthanol, éthanol et phénol. Dans tous les cas étudiés, la concentration en Hydrogène obtenue dans les gaz secs ne dépasse pas 66 %. Des bilans énergétiques et chimiques ont été établis afin d’évaluer les différentes pertes dans notre système. Des essais sur le traitement de l’ammoniaque, représentatif d'autres sources hydrogénées, ont montré l’efficacité de notre réacteur plasma pour la production de gaz de synthèse. Un traitement direct du bois nous a permis de déduire que le traitement plasma génère un mélange gazeux libérant plus d’énergie que celle fournie par la combustion du bois consommé. Afin d’obtenir une meilleure compréhension des phénomènes qui se produisent dans le réacteur plasma, un modèle chimique a été élaboré dans le cas des mélanges méthanol – eau. Les résultats expérimentaux obtenus au cours de ce travail ouvrent des perspectives pour de futures modélisations. / Currently and due to the decrease of oil resources for coming years, hydrogen or syngas (CO + H2) are considered as energy vectors to environmental issues and energy needs. The exploitation of biomass provides a reserve of carbon and hydrogen which can be converted into usable fuel. The present work of this thesis is part of research on the topic of the biomass conversion by non-thermal plasma. The objective of this study is to evaluate the efficiency of a specific plasma reactor called "Statarc" for the production of syngas from biomass. To characterize the behaviour of the Statarc reactor, the physical study of the discharge in water vapour was first performed. This preliminary work is considered to a baseline to understand the results obtained with methanol, ethanol and phenol mixtures. In all the cases studied, the concentration obtained of H2 in the dry gas does not exceed 66%. Chemical and energy balances are establish to evaluate the losses in our system. Experiments on the treatment of ammonia, representing other hydrogenated compounds, have shown the efficiency of our plasma reactor to produce syngas. Direct treatment of wood has allowed us to deduce that the plasma treatment produces a gas mixture releases more energy than that provided by the combustion of consumed wood. To obtain a better understanding of phenomena that occur in a plasma reactor, a simple chemical model was developed in the case of the mixture of methanol - water. The experimental results obtained in this work imply perspectives for modeling.

Thesis is focused on plasma modification of materials. The work has the character of a search of available literature, especially the papers presented in impacted journals. The aim is to provide a broader overview of the subject. The first section describes the most commonly modified powdered materials. The second part is focused on the plasma modification, the reasons for its use, capabilities and benefits respectively and disadvantages of these processes. The following sections are devoted to plasma discharges, plasma reactors, aspects of plasma modification and companies engaged in production, or modification of powders. Each chapter is intended to provide an overview of the modified powder materials, processes within the plasma discharges, construction and use of plasma reactors, plasma modification of aspects and the market situation in the context of powdered materials and companies dealing with the plasma modification.

Ce travail de thèse s'insère dans la Recherche et Développement du Photovoltaïque. L'objectif était d'étudier, développer et optimiser un nouveau procédé plasma de dépôt pour l'élaboration de couches minces d'oxyde de zinc (ZnO) pour l'application de couche fenêtre dans les cellules solaires de type Cu(In,Ga)Se2. La particularité de ce procédé est de réaliser rapidement des couches d'oxyde (≥ 0,6 nm/s) à partir d'une solution aqueuse de précurseurs non toxiques, interagissant, sous forme de gouttes, avec le plasma. La faisabilité du dépôt de ZnO par le réacteur plasma basse puissance (LPPR) a été vérifiée en obtenant des couches de ZnO homogènes, cristallines et transparentes grâce à l'optimisation des paramètres du réacteur. Le diagnostic du réacteur plasma et la modélisation/simulation du réacteur nous ont permis de constater que l'état physique et la taille des gouttes influent sur la qualité des couches d'oxyde. Des cellules solaires ont été réalisées permettant de valider la qualité des couches de ZnO obtenues via notre procédé plasma. Les meilleurs rendements sont d'environ 14 % ce qui est très prometteur pour les recherches futurs. L'étude du dopage de type N du ZnO a été abordé dans le but de réaliser une couche fenêtre complète par le réacteur LPPR. Cependant beaucoup d'améliorations et d'études restent à faire telles que la mise en place d'un système d'injection sophistiqué, ou encore l'investigation approfondie sur le dopage. Néanmoins une étude des coûts matières/énergie du procédé a été réalisée afin de pouvoir positionner le réacteur plasma parmi les autres techniques employées pour la réalisation de cellules CIGS. / This work is part of the Research and Development of Photovoltaic. The aim was to study, develop and optimize a new deposition plasma process for the elaboration of zinc oxide thin layers (ZnO) as the window layer in Cu(In,Ga)Se2 solar cells of. The particularity of this process is to quickly realize oxide layers (≥ 0.6 nm/s) from an aqueous solution of non-toxic precursors, interacting in the form of droplets, with the plasma. The feasibility of the ZnO deposition by the low power plasma reactor (LPPR) was checked by obtaining homogeneous, crystalline and transparent layers of ZnO thanks to the optimization of reactor parameters. The diagnostic and modeling / simulation of the plasma reactor allowed us to see that the physical state and droplet size affect the quality of the oxide layers. Solar cells were created to validate the quality of ZnO layers obtained via our plasma process. The best obtained efficiency is about 14% which is very promising for future research. The study of doping N type ZnO was addressed in order to achieve a complete window layer by LPPR reactor. However many improvements and studies are still needed, such as the establishment of a sophisticated injection system, or the thorough investigation on doping. Nevertheless a cost study about material/energy of the process was conducted in order to place the plasma reactor among other techniques used for the production of CIGS solar cells.

Non-thermal plasma generated in a dielectric barrier packed-bed reactor has been used for the remediation of chlorinated volatile organic compounds. Chlorinated VOCs are important air pollutant gases which affect both the environment and human health. This thesis uses non-thermal plasma generated in single and multiple packed-bed plasma reactors for the decomposition of dichloromethane (CH2Cl2, DCM) and methyl chloride (CH3Cl). The overall aim of this thesis is to optimize the removal efficiency of DCM and CH3Cl in air plasma by investigating the influence of key process parameters. This thesis starts by investigating the influence of process parameters such as oxygen concentration, initial VOC concentration, energy density, and plasma residence time and background gas on the removal efficiency of both DCM and CH3Cl. Results of these investigations showed maximum removal efficiency with the addition of 2 to 4 % oxygen to nitrogen plasma. Oxygen concentrations in excess of 4 % decreased the decomposition of chlorinated VOCs as a result of ozone and NOx formation. This was improved by adding an alkene, propylene (C3H6), to the gas stream. With propylene additives, the maximum remediation of DCM was achieved in air plasma. It is thought that adding propylene resulted in the generation of more active radicals that play an important role in the decomposition process of DCM as well as a further oxidation of NO to NO2. Results in the single bed also showed that increasing the residence time increased the removal efficiency of chlorinated VOCs in plasma. This was optimized by designing a multiple packed-bed reactor consisting of three packed-bed cells in series, giving a total residence time of 4.2 seconds in the plasma region of the reactor. This reactor was used for both the removal of DCM, and a mixture of DCM and C3H6 in a nitrogen-oxygen gas mixture. A maximum removal efficiency of about 85 % for DCM was achieved in air plasma with the use of three plasma cells and the addition of C3H6 to the gas stream. Nitrogen oxides are air pollutants which are formed as by-products during the decomposition of chlorinated VOCs in plasmas containing nitrogen and oxygen. Results illustrate that the addition of a mixture of DCM and C3H6 resulted in the formation of the lowest concentration of nitric oxide, whilst the total nitrogen oxides concentrations did not increase. A summary of the findings of this work is presented in chapter eight as well as further work. To conclude, the maximum removal efficiency of dichloromethane was achieved in air plasma with the addition of 1000 ppm of propylene and the use of three packed-bed plasma cells in series. The lowest concentration of nitric oxide was formed in this situation.

Chaque année, environ 1,5 million de patients requièrent un remplacement vasculaire en réponse à une athérosclérose avancée, causant le rétrécissement interne des vaisseaux sanguins. Malheureusement, encore aujourd'hui les matériaux synthétiques utilisés pour remplacer les artères de petits diamètres (inférieurs à 6 mm) restent associés à un haut taux d'échecs, démontrant ainsi un manque de biocompatibilité certain. L'une des principales complications observées est l'hyperplasie néointimale artérielle caractérisée par l'obstruction du vaisseau sanguin due à la prolifération tridimensionnelle de cellules sur la paroi interne de la prothèse. Différentes stratégies visant à limiter cette réaction naturelle sont aujourd'hui envisagées, notamment l'utilisation d'un système à libération contrôlée de médicament intégré localement aux prothèses vasculaires. En parallèle, l'essor des technologies plasma a permis de montrer qu'il était possible de revêtir la surface de matériel biomédical pour améliorer son interaction avec un environnement biologique. La stratégie consiste à utiliser l'énergie et la réactivité d'un plasma pour polymériser un précurseur gazeux. En sélectionnant la structure moléculaire du précurseur et les conditions expérimentales du plasma appropriées, il est possible de déposer un polymère plasma à la surface du matériel sélectionné pour lui conférer des propriétés sur mesure. C'est dans ce contexte que cette thèse a consisté à synthétiser, à l'aide d'un plasma, une matrice polymère plasma biodégradable pour revêtir la paroi interne d'une prothèse vasculaire, dans le but d'y incorporer un médicament choisi de façon à limiter l'hyperplasie néointimale. Ce projet a permis d'une part de réaliser une preuve de concept en déposant un revêtement polymère plasma dégradable par décharge à barrière diélectrique en configuration planaire. En utilisant le lactate d'éthyle en tant que précurseur et après de nombreuses analyses, des conditions de dépôt optimales ont pu être élues pour leur potentiel dans le cadre d'applications vasculaires. D'autre part, grâce à une caractérisation approfondie de la décharge, une corrélation étroite entre la physico-chimie du plasma et les dépôts dégradables obtenus a pu être établie. Afin d'élargir les possibilités de vitesse de dégradation, l'influence d'une alimentation impulsionnelle sur la décharge et sur le dépôt a de plus été étudiée. Si la manière d'apporter l'énergie a eu une forte influence sur la décharge, aucune influence majeure n'a été notée sur la chimie et la morphologie des dépôts faits à partir de lactate d'éthyle. Enfin, la construction d'un réacteur plasma tubulaire permettant de déposer la matrice développée à l'intérieur de prothèses artérielles a permis de s'étendre aux conditions réelles de dépôt. Dans l'ensemble, ce projet de recherche a mis en évidence le potentiel des procédés plasma pour le développement de matrices polymères plasma dégradables, notamment dans le cadre de systèmes à libération contrôlée et locale de médicaments pour des applications en chirurgie vasculaire. D'un point de vue de la physique des plasmas, ce travail a de plus souligné l'importance de l'étude de la décharge dans de véritables conditions de dépôt de couches minces. / Every year, about 1.5 million patients need a vascular replacement due to advanced arteriosclerosis, which causes the internal narrowing of blood vessels. Unfortunately, even today the synthetic materials used to replace small diameter arteries (below 6 mm) remain associated with low patency rate, which demonstrates an evident lack of biocompatibility. One of the main observed complications is arterial neointimal hyperplasia, which is characterized by the blood vessel obstruction due to the tridimensional proliferation of cells on the graft internal wall. Different strategies aiming at limiting this body reaction are currently considered, in particular the use of a drug delivery system locally integrated to the vascular grafts. Concurrently, the rise of plasma technologies enabled to demonstrate the possibility to coat the surface of biomedical devices to improve their interaction with a biological environment. The strategy consists in using the plasma energy and reactivity to polymerize a gaseous precursor. By selecting the appropriate precursor molecular structure and plasma experimental conditions, one can build up a plasma polymer with tailored properties. It is in this context that this thesis consisted in synthesizing, using plasma, a biodegradable polymeric plasma polymer matrix to coat the internal wall of a vascular graft, with the goal to incorporate a drug chosen to limit neointimal hyperplasia. On one hand, this project acted as proof of concept by developing a degradable plasma polymer coating using a planar dielectric barrier discharge. After extensive studies using ethyl lactate as precursor, optimal chemical vapor deposition conditions were elected for their potential in terms of vascular applications. On the other hand, thanks to an extended discharge characterization, a strong correlation was established between the plasma physico-chemistry and the properties of the degradable coatings synthesized. In addition, to broaden possibilities in terms of degradation rate, the influence of a squared pulse power supply on the discharge and the coating was studied. If changing the way to bring the energy had a strong influence on the discharge, no major influence was noticed on the ethyl lactate-based coatings' chemistry and morphology. Finally, a tubular plasma reactor was build up to empower the internal wall of vascular prosthesis to be coated, which enabled to extend this project to the deposition conditions of its final application. Overall, this research project highlighted the potential of plasma processes for the development of degradable plasma polymer matrices, particularly for local drug delivery systems for vascular applications. On a physics perspective, this work emphasized the importance of studying the discharge under actual thin layer deposition conditions.

This thesis presents Photocatalytic TiOx layers created by own PECVD reactor assembled in the building of Department of Applied Physics and Technics. Parameters of depositions were optimalized as well as the PECVD reactor itself. Final layers are compared to layers made by Degussa P25. As a result based on the included measurements, this thesis tries to answer the question whether PECVD is the suitable method for depositions of photocatalytic layers.