Les plasmas froids dans l’air à pression atmosphérique ont trouvé de nombreuses applications ces dernières années. Grâce à une chimie très réactive, les plasmas froids offrent une solution prometteuse pour le traitement bio-médical. Dans ce contexte, deux dispositifs d’exposition au plasma sont présentés :• le premier dispositif permet de générer des DBD (Décharges à Barrière Diélectrique) sur une échelle de temps nanoseconde (ns-DBD). L’échantillon biologique joue le rôle d’une électrode. La décharge se développe dans l’intervalle d’air entre la surface du diélectrique et l’échantillon biologique.• le.second dispositif d’exposition permet de générer des DBD de surface sur une échelle de temps nanoseconde (ns-SDBD). La décharge se forme le long de la surface du diélectrique, à proximité de l’électrode active. Pendant l’exposition au plasma, l’échantillon est placé face à l’applicateur. Contrairement à l’applicateur DBD, la décharge n’est pas directement en contact avec la solution biologique.Les deux systèmes d’exposition au plasma sont conçus de façon similaire, leurs dimensions autorisent l’exposition d’un échantillon biologique placé dans une boite de Petri classique. La cible biologique est un ensemble de cellules cancéreuses placées dans une solution de culture. Le travail présenté est essentiellement expérimental. Il se concentre sur la caractérisation électrique des décharges. Le plasma est créé avec des impulsions haute tension (de 4 kV à 11 kV), sur des temps très courts (de 10 ns à 14 ns de largeur) et avec des temps de montée brefs (2,5 ns, en fonction du générateur utilisé). Dans la configuration ns-DBD, l’énergie déposée par le plasma par impulsion est de l’ordre du mJ. En configuration ns-SDBD, l’énergie déposée est calculée, elle est de l’ordre de quelques dizaines de μJ. Une étude préliminaire sur le traitement d’échantillons biologiques est réalisée dans la configuration ns-SDBD. La viabilité de cellules de glioblastome est présentée en fonction de l’énergie déposée dans le plasma par impulsion. Selon les résultats de cette première étude, le plasma ns-SDBD a un effet sur la viabilité des cellules exposées dans les conditions décrites. / Cold plasmas in atmospheric pressure air have been used in many different applications in the past few years. Because of its high chemical reactivity, cold plasma treatment appears to be a promising solution for biomedical applications. In this context the study and realization of nanosecond plasma exposure devices for biomedical applications are presented :• the first exposure device generates DBD (Dielectric Barrier Discharge) on a nanosecond time scale (ns-DBD). The biological sample acts as an electrode. The discharges develops in the air gap be- tween the dielectric layer and the biological sample.• The second exposure device generates surface DBD on a nanosecond time scale (ns- SDBD). The discharge develops along the dielectric layer surface close to an active electrode. During plasma exposure, the biological sample faces the discharge device. By contrast to the DBD configuration, the discharge is not in direct contact with the surface of the solution.Both exposure devices are designed in a same way,. the dimensions allow plasma treatment of biological sample contained in a standard Petri dish. The biological targets are cancer cells in a liquid culture medium. The work is mainly experimental. It focuses on the electrical characterization of discharges. The plasma is created using short (10-14 ns of FWHM) high-voltage (up to 4 or 11 kV) pulses of fast rise times (2-5 ns depending on the pulse generator). In the ns-DBD configuration the energy deposited into plasma per pulse is in the order of millijoule. In the ns-SDBD configuration, we calculated the energy deposited into plasma per pulse in a range of tens of μJ. A preliminary study on treatment of biological samples by ns-SDBD plasma is performed. The glioblastoma cells viability was presented as a function of the energy deposited into plasma per pulse. According to this preliminary result the ns-SDBD plasma has an influence on the viability of the cells in the given conditions.

A madeira maciça é um compósito polimérico natural que pode sofrer tratamentos para atender a diversas especificações técnicas. Uma característica da madeira é a sua higroscopicidade. A madeira úmida é vulnerável ao ataque de térmitas e fungos, além de perder estabilidade dimensional. Os tratamentos mais usados são a impregnação e/ou o revestimento com tintas e vernizes. Uma técnica promissora para o revestimento de madeira maciça é o plasma frio ou descarga luminescente. Neste trabalho produziu-se plasmas frios através de descargas elétricas luminescentes em gases rarefeitos. Os precursores gasosos usados foram o etileno, acetileno, 1-buteno, e vapor de metil metacrilato e de acetato de vinila. A superfície de madeira maciça tratada por estes plasmas ficaram hidrofóbicas, sendo que os melhores resultados foram alcançados usando 1-buteno como gás precursor. Apesar do tratamento promover repelência à água, a superfície tratada continuou permeável ao vapor d\'água. Com o emprego de uma mistura gasosa formada por vapor de TEOS e O2, foi possível constatar a ineficiência da descarga luminescente capacitiva em revestir o interior de orifícios em madeira. A deposição de filmes finos a partir de plasmas de 1-buteno foi caracterizada, tendo apresentado propriedades distintas do polímero convencional. O filme depositado por plasma apresentou hidrofobicidade, resistência química, insolubilidade em solventes comuns, e resistência contra teste acelerado de intemperismo. A espectroscopia de infravermelho e a análise elementar também revelaram diferenças entre os filmes convencional e depositado por plasma. As reações químicas no plasma podem ser controladas através de ajustes na potência transferida ao reator, pressão da câmara, vazão dos gases, e tempo de exposição à descarga. Com o uso de plasmas menos energéticos é possível produzir filmes poliméricos com estruturas menos entrecruzadas. Duas técnicas distintas foram testadas neste trabalho: o plasma capacitivo e o jato de plasma. Ambas as técnicas são promissoras em função do baixo nível de vácuo necessário, baixas freqüências, pequeno consumo de energia, ausência de poluição e solventes, e o uso de reagentes disponíveis em escala industrial. / Solid wood is a natural polymer composite that can be subjected to a wide variety of treatments to make it suitable for specific technical applications. The greatest disadvantage of solid wood is its hygroscopicity. Moist wood is vulnerable to attack by fungi and termites, and loses its dimensional stability. The most widely used treatments for solid wood are impregnation and coating with paint and varnish. A promising future technique for solid wood surface coating is a plasma treatment in a glow discharge. Cold plasmas were produced by electrical glow discharges in a gas medium at reduced pressure. The precursor gases used were ethylene, acetylene, 1-butene, and vapor of vinyl acetate. The treatment caused the solid softwood surface to become hydrophobic; 1-butene-plasma produced the best results. Although the surface plasma treatment resulted in water repellence, permeability to water vapor remained. Using a mixture of tetraethyl orthosilicate vapor (TEOS) and oxygen (O2) it was possible to investigate the inability of the glow discharge to coat the surface of wood orifices. Deposition of non-conventional polymeric thin films were observed on solid wood substrate after injecting a 1-butene-argon gas mixture into a glow discharge chamber. The deposited film showed water repellence, chemical resistance, insolubility in most common organic solvents and some protection against weathering. Infrared analyses revealed differences between conventional and plasma polymerized 1-butene. Plasma chemistry can be controlled by external conditions of plasma, such as input power, gas flow rate, pressure, and the time of exposure. Using low energetic plasmas the deposited film can be polymer like with a less crosslinked structure. Two different techniques - known capacitive coupled plasma and plasma jet - were tested in this study. Both these techniques appear promising in view of the low vacum level and low frequency, low power supply required, the lack of pollutants and solventes, and the use of industrial chemicals.

<p>Findings presented in this dissertation show that polyunsaturated fatty acids of soybean oil effectively reacted with high voltage atmospheric cold plasma gas species of various gases including hydrogen, nitrogen, and oxygen at room temperature without a catalyst. Hydrogenation, nitration, and epoxidation reactions were observed along with polymerization. Unexpectedly, hydrogen gas was not the primary source of atomic hydrogen observed under these experimental conditions. Rather, it is suggested that water vapor, present as an impurity, supplied hydrogen ions to the hydrogenation reactions. Nitrogen gas modified atmosphere is an electron-rich medium that catalyze reactions. Further investigation is suggested for optimizing the process of oil hydrogenation, as well as for exploring the potential to produce bio-based gels, lubricants, and greases.</p>

« La médecine- plasma» est le domaine de recherche décrivant les applications médicales des plasmas, principalement à pression atmosphérique. Les plasmas froids sont un état de la matière caractérisé par la présence d'électrons libres ayant une énergie cinétique de plusieurs eV alors même que les ions et les neutres peuvent être à température ambiante. Cet état transitoire, hors équilibre thermique, produit des espèces chimiques très réactives. L’objectif de ce travail multidisciplinaire a été d’évaluer le potentiel anti-tumoral des plasmas-froids. Deux types de dispositifs ont été conçus et fabriqués par impression 3D: des Décharges à Barrière Diélectrique et des jets plasmas. Des études in-vitro et in-vivo ont été menées avec les lignées cellulaires TC1 et CT26. La production d’espèces réactives produites dans un liquide exposé à un plasma a été étudiée afin de comprendre les résultats in-vitro et de comparer les dispositifs plasma entre eux. Différents dispositifs à plasmas ont été réalisés afin d’étudier in-vivo, l’effet de l’énergie déposée lors du traitement sur la peau et les tumeurs. Afin de limiter l’échauffement cutané et les lésions induites un dispositif refroidi à l’azote liquide a été développé. Enfin, une simulation numérique modélisant les transferts thermiques des tumeurs et tissus sous exposition plasmas a permis de quantifier l’hyperthermie et les lésions associées en validant le modèle sur des résulats expérimentaux. Une revue critique d’études in-vivo de « médecine plasma » publiées dans la littérature est proposée afin d’évaluer le rôle de l’hyperthermie dans les effets thérapeutiques observés. / Plasma-medicine is the field of research describing the medical applications of plasmas, mainly at atmospheric pressure. Cold plasmas are a state of matter characterized by the presence of free electrons with a kinetic energy of several electron volts even though the ions and neutrals may be at room temperature. This transient state, apart from thermal equilibrium, produces highly reactive chemical species. The objective of this multidisciplinary work was to evaluate the anti-tumor potential of cold plasmas. Two types of devices have been designed and manufactured by 3D-printing: Dielectric Barrier Discharge and plasma-jets. In-vitro and in-vivo studies were conducted with TC1 and CT26 cell lines. The production of reactive species produced in a liquid exposed to plasma has been studied in order to understand the in-vitro results and to compare the plasma devices with those of other teams. Various plasma devices have been made to study the effect of the energy deposited during the in-vivo treatment of skin and subcutaneous tumors. A device cooled with liquid nitrogen has been developed to limit skin damage induced by heating. Finally, a numerical simulation modeling the heat transfers of tumors and tissues under plasmas exposure enables to quantify the hyperthermia and the associated lesions by validating the model on experimental results. A critical review of in-vivo plasma-medicine studies published in the literature is proposed to evaluate the role of hyperthermia in the therapeutic effects reported.

Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η θεωρητική μελέτη κυμάτων ιονισμού που παράγονται κατά τη δημιουργία ηλεκτρικών εκκενώσεων ψυχρού πλάσματος. Μια πολύ χαρακτηριστική περίπτωση κύματος ιονισμού είναι ο streamer. Προκειμένου να μελετήσουμε τη συμπεριφορά του, αναπτύξαμε ένα δισδιάστατο αριθμητικό μοντέλο. Σε αυτό το υδροδυναμικό μοντέλο, επιλύθηκαν οι εξισώσεις συνεχείας για τα φορτισμένα σωματίδια της εκκένωσης καθώς και η εξίσωση Poisson για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού πεδίου. Εξαιτίας των έντονων βαθμώσεων που εμφανίζονται κατά τη διάδοση του streamer χρησιμοποιήθηκαν εξειδικευμένες αριθμητικές τεχνικές. Το μοντέλο αναπτύχθηκε στα πλαίσια των πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιώντας διορθωτές ροών για τη ακριβή περιγραφή των όρων μεταφοράς των υπερβολικών διαφορικών εξισώσεων συνέχειας. Το μοντέλο μας επιπλέον συγκρίθηκε και με ένα άλλο μοντέλο βασιζόμενο στους πεπερασμένους όγκους. Η συμφωνία που βρέθηκε μεταξύ των δυο μοντέλων ήταν πολύ καλή. Ακολούθως, με τη χρήση του προαναφερθέντος μοντέλου, μελετήσαμε το φαινόμενο του streamer, σε σχετικά μικρά (~1cm) μη ομογενή διάκενα. Διεξήχθησαν εξομοιώσεις τόσο στον αέρα όσο και στο άζωτο σε ατμοσφαιρική πίεση. Εξετάσθηκε η επίδραση της ακτίνας καμπυλότητας της ακίδας, η εφαρμοζόμενης τάσης και ο τύπος του αερίου στο κατά πόσο επηρεάζουν τη μορφολογία του streamer καθώς και τις ιδιότητες του κύματος ιονισμού γενικότερα. Τέλος μελετήθηκε και η αλληλεπίδραση του streamer με το υλικό της καθόδου. / The subject of this work is the theoretical study of the ionization waves that are produced and propagate at cold plasmas gas discharges. One of the most characteristic cases of ionization waves is the streamer and in this work it is investigated thoroughly. In order to elucidate the several physical mechanisms that related to the aforementioned phenomenon a two dimensional hydrodynamic numerical model is implemented. On this model the system of continuity equations for the charged species of the discharge (electrons, ions) coupled with the Poisson equation for the calculation of the electric field is solved numerically. Due to the shock character of the streamer special numerical techniques are adopted. The model is developed on the context of finite elements (FE) by using the flux corrected transport (FCT) algorithm for the accurately description of the transport part of continuity equations. Extended numerical tests are performed to validate correct implementation of FE-FCT. Moreover, our streamer model is also compared with an independent one, based on finite volumes (FV) framework, giving very similar results. By using the numerical model, streamer discharges at relative small, non uniform gaps (point to plane electrodes configuration) are studied. Simulations are performed in atmospheric pressure air and nitrogen. It is examined the influence of the radius of curvature of the tip, the level of applied voltage and the type of the gas, on the morphology of the streamer as well as on the properties of the ionization wave. Special attention is also drawn on the interaction of the streamer with the cathode electrode surface.

Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ένα σύστημα ελέγχου ενός φασματοσκοπίου εκπομπής υψηλής φασματικής ανάλυσης. Η συσκευή αυτή, γνωστή και ως μονοχρωμάτορας, χρησιμοποιήθηκε για την καταγραφή φασμάτων εκπομπής από μία εκκένωση αίγλης σε διάκενο ακίδα-πλάκα σε συνθήκες χαμηλής πίεσης και θερμοκρασίας. Ο μονοχρωμάτορας χρησιμοποιεί ένα διάφραγμα περίθλασης που αναλύει μια πολυχρωματική δέσμη που προσπίπτει σε αυτό, στα επιμέρους μήκη κύματος Ο έλεγχος του συνόλου των λειτουργιών του συστήματος καθώς και η καταγραφή των φασμάτων πραγματοποιείται με τη χρήση λογισμικού που αναπτύχθηκε υπό την πλατφόρμα Labview. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας υλοποιήθηκε: Η σύνδεση της συσκευής οδήγησης του βηματικού κινητήρα που περιστρέφει το διάφραγμα με κατάλληλο τροφοδοτικό. Η ενίσχυση των σημάτων ελέγχου της συσκευής οδήγησης. Η ενίσχυση και καταγραφή του ρεύματος του φωτοπολλαπλασιαστή που καταγράφει τη φωτεινή δραστηριότητα. Η βαθμονόμηση του μονοχρωμάτορα. Η ανάπτυξη λογισμικού, φιλικού προς τον χρήστη, με το οποίο ελέγχεται ο μονοχρωμάτορας, καταγράφεται το φάσμα και αποθηκεύεται σε αρχείο για περαιτέρω επεξεργασία. Η συγκέντρωση του φωτός που εκπέμπεται από την εκκένωση και η οδήγησή του στην είσοδο του μονοχρωμάτορα με τη χρήση κατάλληλης οπτικής διάταξης. Η καταγραφή φασμάτων του παραγόμενου πλάσματος της εκκένωσης κατά μήκος του διακένου. Η μελέτη και ανάλυση των καταγεγραμμένων φασμάτων. / The main purpose of this thesis was to construct a control system for a high precision spectrometer. Using this spectrometer, also known as monochromator, spectra was recorded from a low temperature – low pressure, pin to plate, glow discharge. The monochromator uses a diffraction grating to separate spatially a polychromatic beam of light available at its input. The stepper motor control, along with the recording of spectra, is being conducted by suitable software developed under the Labview platform. Among the challenges of the thesis was to: Αssemble a stepper motor controller which rotates the diffraction grating with a suitable power supply. Αmplify the control signals of the controller. Αmplify the photomultiplier signals which records the luminous intensity. Calibrate the monochromator. Develop a user-friendly software which can control the monochromator, record spectra and export a file with the recorded spectra for further use. Concentrate the emitted light of the discharge and guide it to the monochromator's input slit, using a UV lens and an optical fiber. Capture emitted spectra of the produced plasma, at different positions along the pin to plate gap. Analyze the recorded spectra.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την μελέτη της επίδρασης της μορφής της ανόδου στην παραγωγή εκκενώσεων τύπου αίγλης. Για τον σκοπό αυτό μελετώνται οι εκκενώσεις που παράγονται στο εσωτερικό ενός αντιδραστήρα παραγωγής ψυχρού πλάσματος, μεταξύ μιας μη συμμετρικής διάταξης ηλεκτροδίων (διάκενο ακίδας-πλάκας), ο οποίος βρίσκεται στο εργαστήριο Ηλεκτροτεχνικών Υλικών του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Ειδικότερα, μελετώνται οι εκκενώσεις για τρεις διαφορετικούς τύπους ανόδου, κατασκευασμένες από διαφορετικό υλικό κάθε φορά, πραγματοποιώντας μια σειρά μετρήσεων από τις οποίες εξάγονται οι χαρακτηριστικές τάσης-ρεύματος για διάφορες τιμές της πίεσης εντός του αντιδραστήρα και για δύο διαφορετικές τιμές του μήκους του διακένου. Επιπρόσθετα, για τις παραπάνω συνθήκες, λαμβάνονται παλμοί ρεύματος και φωτός(με την βοήθεια ενός φωτοπολλαπλασιαστή) της εκκένωσης, οι οποίοι απεικονίζουν την φωτεινή δραστηριότητα κατά μήκος του διακένου. Από την επεξεργασία όλων των παραπάνω μετρήσεων, γίνεται προσπάθεια εξαγωγής συμπερασμάτων σχετικά με την επίδραση που δύναται να έχει η μορφή της ανόδου, στην παραγωγή μιας εκκένωσης αίγλης. Ειδικότερα: •Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη ιστορική αναφορά και αναφέρονται κάποιες βασικές γνώσεις και χαρακτηριστικά που αφορούν στο πλάσμα. •Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρατίθενται συνοπτικά τα καθεστώτα λειτουργίας μιας εκκένωσης αίγλης και συγχρόνως αναλύεται η εκκένωση, από φαινομενολογικής άποψης. •Στο τρίτο κεφάλαιο, περιγράφεται αναλυτικά η πειραματική διάταξη στην οποία έγινε το σύνολο των μετρήσεων. Παρουσιάζονται τα επιμέρους όργανα, που χρησιμοποιούνται για την μέτρηση συγκεκριμένων μεγεθών και ταυτόχρονα παρατίθενται διάφορες φωτογραφίες που απεικονίζουν οπτικά τα επιμέρους τμήματα που την απαρτίζουν. •Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται το σύνολο των μετρήσεων, το οποίο περιλαμβάνει χαρακτηριστικές τάσης-ρεύματος, παλμούς ρεύματος και παλμούς φωτός για τις τρεις διαφορετικές ακίδες, για μια σειρά συνθηκών καθώς και συγκρίσεις διαφόρων μεγεθών που εξάγονται από τα παραπάνω. / In this thesis, the effect of the anode’s geometry on the production of glow discharges is studied. For this purpose, glow discharges produced inside a cold plasma reactor, between a non-symmetrical set-up of electrodes, are investigated. In particular, we study glow discharges for three types of anode, which are made of different materials. Initially, a series of measurements of the gap voltage and current is taken and the V-I characteristics are extracted, each for different values of pressure inside the reactor and two different values of gap length (d=1cm, d=2cm). Furthermore, for the above conditions, several current and light impulses (using a photomultiplier) are recorded, demonstrating the light distribution and light emission among the gap. Using all the above measurement, the effect of the anode’s geometry on the glow discharge production is analyzed. In summary, the following subjects are treated: • Basic characteristics of plasma and short historical reference. •Short reference to different functional regimes of a glow discharge and phenomenological analysis of the discharge. •Description of the experimental set-up and measuring instruments. •Experimental measurements of current and gap voltage (V-I characteristics), current pulses, light pulses, conclusions.

Το έργο αφορά στη μελέτη ενός πλάσματος Αζώτου εκκένωσης διηλεκτρικού φράγματος σε ατμοσφαιρική πίεση με διπλό στόχο: Πρώτον, την καλύτερη κατανόηση των φυσικοχημικών μηχανισμών που διέπουν αυτές τις εκκενώσεις, και στη συνέχεια την εφαρμογή αυτών στην επεξεργασία της επιφάνειας μεταλλικών υλικών. Συνεπώς η προσέγγιση στο πρόβλημα θα αναλυθεί λεπτομερώς με βάση δύο συμπληρωματικούς τομείς: - Μοντελοποίηση και Αριθμητική Εξομοίωση - Πειραματική Μελέτη. Το ψυχρό πλάσμα μιας εκκένωσης σε ατμοσφαιρική πίεση παρέχει μια σημαντική τεχνολογική καινοτομία: σπάει το φράγμα της τεχνολογίας κενού στην οποία βασίζονται οι τεχνικές πλάσματος χαμηλής πίεσης. Έτσι το ψυχρό πλάσμα μιας εκκένωσης σε ατμοσφαιρική πίεση παρουσιάζει σημαντικό βιομηχανικό ενδιαφέρον στο πλαίσιο της επεξεργασίας υλικών χαμηλής προστιθέμενης αξίας. Σε αυτή τη μελέτη, η επεξεργασία λαμβάνει χώρα υπό συνθήκες χωρικής μετα-εκκένωσης. Έτσι τα προϊόντα της εκκένωσης (και ιδιαίτερα τα ενεργά σωμάτια) αποστέλλονται, με βάση τη γεωμετρία του αντιδραστήρα και τη ροή του αερίου, εκτός του χώρου μεταξύ των ηλεκτροδίων.Μια τέτοια διάταξη επιτρέπει την επεξεργασία τμημάτων μεγάλων διαστάσεων ή ακόμα και τμημάτων που παρουσιάζουν καμπυλότητες. Επιτρέπει επίσης μια συνεχή βιομηχανική διεργασία κατά τα πρότυπα μιας γραμμής παραγωγής. Τα υλικά που μελετήθηκαν είναι κράματα μετάλλων Αl-2024 και TiA6V4, με βάση το αλουμίνιο και το τιτάνιο αντίστοχα. Χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία της αεροναυπηγικής που αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό μέρος της οικονομικής δραστηριότητας στη Νοτιοδυτική Γαλλία και ειδικά στην περιοχή του Pau. ο σκοπός της επεξεργασίας είναι να καταστεί συμβατή η επιφάνειa με τις βιομηχανικές διεργασίες κολλήσεων και βαφών. / This work deals with an atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma in Nitrogen in a double goal: To give insight into the physicochemical mechanisms that dominate in such a discharge and to apply such a discharge in the surface treatment of metal-alloy samples. This thesis investigates the aforementioned topic via two complementary approaches: Συνεπώς η προσέγγιση στο πρόβλημα θα αναλυθεί λεπτομερώς με βάση δύο συμπληρωματικούς τομείς: - Numerical Modeling and Simulation - Experimental Study The cold plasma generated by an atmospheric pressure electrical discharge holds a significant technological advantage: it breaks the vacuum technology barrier which is the cornerstone of traditional low pressure plasma techniques. Thus, the atmospheric pressure cold plasma appears interesting for industrial surface treatment applications and especially in the case of low added value materials. In this thesis, the surface treatment application takes place in spatial afterglow conditions: the dielectric barrier discharge’s effluents are guided, based on the dedicated reactor design and the elevated gas flow values here used out, of the inter-electrode space. These experimental features permit the surface treatment of large samples or even the treatment of pieces of arbitrary geometries (eg. concave, …). Such a set-up also makes possible a continuous industrial process under the production line standards. The materials that were investigated in the framework of this thesis are the metallic alloys Αl-2024 and TiA6V4, on the basis of Aluminum and Titanium respectively. They are used frequently in aerospace and aeronautical design and engineering which represent an important part of the industrial activity in the South – West part of France and especially in the region of Pau. The purpose of their surface treatment by the atmospheric pressure DBD plasma spatial afterglow was to render them compatible with the industrial processes related to adhesion and painting.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η πειραματική μελέτη ηλεκτρικής εκκένωσης σε χαμηλή πίεση αερίου σε ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο (διάκενο ακίδα-πλάκα) και η σύγκριση με την ηλεκτρική εκκένωση στο ομογενές πεδίο. Βάση για όλες τις θεωρίες που πραγματεύονται την παραγωγή πλάσματος συνιστά η θεωρία Townsend. Σύμφωνα με αυτή, τα αέρια κατά την εφαρμογή μιας κρίσιμης τιμής τάσης παύουν να είναι μονωτές, υφίστανται ηλεκτρική διάσπαση και μετατρέπονται σε αγωγούς. Προτείνεται έτσι μια πολύ καλή εξήγηση των μηχανισμών των ηλεκτρικών εκκενώσεων που αφορά όμως, μόνο τα ομογενή πεδία. Η πλήρης ερμηνεία τους επιτυγχάνεται με τη θεωρία των κυμάτων ιονισμού που λαμβάνει υπόψην τα μη αμελητέα φορτία χώρου στα οποία εξάλλου και αποδίδει τη μεγάλη ταχύτητα διάδοσης του φαινομένου. Έπειτα, παρουσιάζεται συνοπτικά η εκκένωση αίγλης που συνιστά κατηγορία φαινομένων που αναπτύσσονται όταν το ρεύμα που διαρρέει το διάκενο γίνεται σημαντικό. Στο 1ο κεφάλαιο αναφέρονται και αναλύονται όλες οι έννοιες που εμπίπτουν στην ευρεία έννοια της ηλεκτρικής εκκένωσης. Τονίζονται μεγέθη και παράμετροι της εκκένωσης όπως ο συντελεστής δευτερογενούς παραγωγής ηλεκτρονίων γ που συνδυαζόμενα με τα πειραματικά αποτελέσματα, θα μας δώσουν τελικά χρήσιμα συμπεράσματα. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται πλήρως η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε, τα όργανα των μετρήσεων καθώς και τα αέρια που χρησιμοποιήθηκαν. Κατόπιν, αναφέρονται συνοπτικά τα στάδια που πειράματος. Στο κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για τις ηλεκτρικές εκκενώσεις του αέρα φιάλης για πιέσεις 5-50mbar. Δίνονται οι χαρακτηριστικές καμπύλες V-I, μεμονωμένες και ομαδοποιημένες αλλά και τα αντίστοιχα παλμογραφήματα ρεύματος και φωτός για τις τρεις διαφορετικές πλάκες που χρησιμοποιήθηκαν (ατσαλιού, αλουμινίου και ορείχαλκου). Συμπληρωματικά, σχολιάζονται τα ηλεκτρικά και τα οπτικά χαρακτηριστικά τους και επιχειρείται σύγκριση και αναδεικνύεται το αν οι συνθήκες και το υλικό της καθόδου επηρεάζουν τα αποτελέσματα. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια ανακεφαλαίωση των παρατηρήσεων που προέκυψαν από το πείραμα και παρουσιάζονται κάποιες σκέψεις. Στο παράρτημα, παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας του φωτοπολλαπλασιαστή. Τέλος, παρουσιάζεται η βιβλιογραφία. / The purpose of this thesis is the experimental study electric dis¬charge at low pressure gas in inhomogeneous electric field (clearance pinplate) and the comparison with the electric discharge in a homogeneous field. Specifically, we look with the help of our experimental results it affects the conditions of the experiment (pressure gap) and the cathode material and highlighting the c factor. Basis for all theories dealing with the production of plasma is the theory Townsend. According to this, the gases in implementing a critical voltage ceases to be insulators, no electrical breakdown and converted pipelines. Thus proposed that a very good explanation of mechanisms of electric prods on, however, only the homogeneous fields. The full interpretation accomplished by the theory of wave ionization (streamer) which takes into consideration the non-negligible space charge in which, moreover, gives the rapidly spreading phenomenon. Then summarizes the glow discharge which is matter phenomena that occur when the current flowing through the gap is significant. In the first chapter reported and analyzed all the concepts covered in the broad sense of the electric discharge. Aggregates are highlighted as the factor c, which combined with the experimental results, will ultimately give us useful conclusions. In Chapter 2 describes the full experimental setup used, the instruments of measurement and the landfill gas were used. Then the steps experiment is been summarized. In Chapter 3 presents the experimental results for electrical discharges in air bottle for pressure 5 -50mbar. We present the characteristic curves V-I, isolated and grouped and the corresponding «photos» of power and light for three different plates were used (steel, aluminum and brass). Additionally, we comment electrical and optical characteristics and attempt to compare and highlights whether the conditions and the material of the cathode affect the results. In Chapter 4 is a summary of comments obtained from the experiment and presents some thoughts. The Annex shows the operating principle of the photomultiplier. Finally, we present the literature.

Le développement dans l'industrie aéronautique des composites à matrices organiques renforcés par des fibres de carbone se justifie entre autres par leur très bonne capacité à transférer les efforts mécaniques élevés en rapport de leur faible masse. Les matrices Poly-EtherEtherCétone (PEEK) sont des candidates idéales pour les applications structurales en raison de leurs bonnes propriétés chimiques, mécaniques, ainsi que d'une stabilité thermique supérieure à d'autres polymères. Cependant celles-ci présentent des inconvénients majeurs pour la phase de mise en peinture, à savoir une faible réactivité de surface et une inertie chimique importante qui impliquent le développement d'un procédé d'activation de surface avant toute étape de revêtement. Ce travail se concentre sur une technologie de plasma froid à la pression atmosphérique développée par la société AcXys Technologie(r) : le module ULS en post-décharge. Cette technologie, choisie sur la base de considérations industrielles et environnementales, vise à garantir une activation de surface efficace, sans détérioration des propriétés intrinsèques de la matrice polymère. L'objectif de ce travail est alors d'améliorer la compréhension des mécanismes d'activation par plasma menant à une meilleure adhésion à l'interface composite PEEK/revêtement industriel. Des caractérisations électriques et optiques de la décharge et de la post-décharge nous permettront de mieux comprendre le fonctionnement intrinsèque de l'équipement. Tandis que la caractérisation des modifications de surface (de nature chimiques, physiques et/ou physico-chimiques), notamment au travers de la mouillabilité et de l'acido-basicité, permet d'appréhender l'influence des paramètres opératoires et du gaz plasmagène utilisé. Dans la perspective de mieux spécifier les conditions optimales d'utilisation industrielles, nous évaluons dans cette étude la pertinence de l'utilisation de la notion de dose plasma pour ce procédé, notion représentative de l'ensemble des paramètres opératoires. Cette notion, communément rencontrée dans d'autres procédés, est revue et développée pour correspondre à notre cas d'étude. Son utilisation permet une juste comparaison entre des configurations d'activation différentes puisqu'elle rend compte à la fois de la puissance dissipée sur le substrat et du temps d'interaction plasma/surface. Afin de valider la dose plasma exprimée pour notre équipement, nous introduisons des mesures d'adhérence effectuées entre le composite activé et le revêtement. Les résultats laissent entrevoir des perspectives d'améliorations dans les procédés industriels d'activation de surface. / Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) using thermoplastic polymer matrices as Poly-EtherEtherKetone (PEEK) for example, are increasingly being used in structural engineering due to their light weight coupled with good mechanical properties. In aeronautic industry, the adhesive bonding of these composites is often required. However, their low surface energy motivates the development of robust and reliable surface activation treatments aiming at increasing the surface reactivity before painting. For this reason, we have used an atmospheric pressure plasma torch developed by AcXys Technologies(r). It is a remote plasma, well known to be an effective process to improve surface reactivity without deterioration of the bulk matrix properties. This easily implementable technology attracts many industries looking for a cost-effective and eco-friendly surface activation process. The aim of this work is to contribute to the understanding of plasma activation mechanisms leading to a greater and a more durable adhesion between PEEK matrix and an industrial painting. This study provides some insight into the effects of process parameters (device power, distance between nozzle and substrate, etc) on adhesion improvement. Mechanisms which are attributed to it are investigated by means of three point bending and crosscut adhesion standard tests. Results are discussed with respect to surface properties characterized by wettability measurements including acid-base approach, X-ray Photoelectrons Spectroscopy and Atomic Force Microscopy. In order to facilitate industrialization of atmospheric pressure remote plasma as surface activation technique, this study proposes a new approach aiming at allowing a better and more equitable comparison between atmospheric pressure plasma processes. This comparison is made through the "plasma dose" expression, similar to the one commonly used in Corona process. It is applicable for one plasma gas and accounts for both received energy and interaction time of the post-discharge with the surface. Mechanisms assigned to improvement of adhesion will be more appreciated and their characterization will contribute to a greater definition of industrial surface preparation range by remote plasma.