L'objectif de ce projet porte sur le développement d'applications industrielles dans le domaine des traitements de surface par plasmas froids. L'emploi de cette technique pour le traitement de surface polymère reste de manière générale une alternative intéressante à la voie chimique. La création d'un réacteur prototype de grand volume répond aux attentes très diverses des industriels. Par son caractère évolutif, la plate-forme plasma froid du CRITT est un véritable outil de recherche dédié à l'industrie. Un des thèmes émergents de ces dernières années concerne l'utilisation des plasmas froids comme moyen alternatif pour la stérilisation des dispositifs médicaux. En effet, les techniques conventionnelles ne permettent pas une inactivation performante de certains micro-organismes pathogènes et les conditions de traitement parfois extrêmes n'assurent pas la pérennité du matériel médical. Préalablement à une validation clinique nécessaire à son développement en milieu industriel ou médical, ce nouveau procédé doit naturellement faire la preuve de son efficacité. L'étude réalisée présente les principaux mécanismes susceptibles d'expliquer l'inactivation d'un micro-organisme exposé au plasma. L'action en synergie de photons UV et d'espèces actives comme l'oxygène atomique confère à cette technologie une cinétique d'inactivation particulière. La production de ces agents actifs est optimisée par un diagnostic du plasma en spectroscopie optique, permettant ainsi d'atteindre des degrés d'inactivation très prometteurs. Même si l'efficacité du plasma n'est plus à démontrer, la problématique du conditionnement, qui fait partie intégrante d'un procédé, se pose toujours en milieu industriel. L'inhibition du plasma diffusant à travers un sachet poreux ne permet pas d'obtenir l'état stérile. Une solution consistant à générer un plasma induit dans un sachet, assurant ainsi un contact intime entre les espèces actives du plasma et le dispositif à stériliser, est donc discutée.

Le thème principal de cette thèse est l'étude des propriétés d'une décharge capacitive Radio Fréquence à pression atmosphérique dans l'argon. Dans ces conditions où le produit pression•distance est de l'ordre de 150 Torr.cm, la décharge a tendance à former une multitude de filaments localement chauds. En pulsant le générateur RF avec une période et une durée adéquates, il est possible de contrôler la transition du mode filament au mode homogène afin d'obtenir un plasma diffus et stable.<br />L'espace inter-électrode de 2 mm est ouvert sur l'air ambiant et alimenté en argon par une centaine d'orifices submillimétriques répartis régulièrement sur l'électrode supérieure. Cette configuration permet d'effectuer un traitement de la surface de films polymères en ligne, sans éteindre la décharge entre les échantillons successifs. Une augmentation importante et durable du caractère hydrophile est rapidement obtenue sans risque d'endommager le polymère.<br />Le diagnostic du plasma est effectué par spectroscopie d'émission et par mesures électriques. L'élargissement de Stark de la raie d'hydrogène Balmer β permet d'estimer la densité électronique dans les filaments à 10^15/cm3. Pour le mode homogène, une approximation basée sur l'équilibre entre la puissance RF transmise et dissipée par le plasma conduit à une densité de 5×10^11/cm3. Les rapports d'intensité des lignes spectrales d'argon neutre et d'ion Ar+ sont introduits dans l'équation de Saha pour calculer la température électronique. Dans le mode homogène la température estimée à 1.3 eV est légèrement plus faible que dans les filaments à 1.7 eV.<br />Un modèle fluide auto-cohérent unidimensionnel est également développé pour étudier plus précisément le comportement de la décharge dans son mode homogène. L'équation de Poisson pour le champs électrique est couplée aux premiers moments de l'équation de Boltzmann (équation de continuité, équation de dérive-diffusion et équation d'énergie). Les coefficients de transport et de réaction sont obtenus à partir de l'énergie moyenne des électrons.<br />Le modèle est appliqué à une cinétique chimique réduite de l'argon contenant les principaux processus d'ionisation et d'excitation. Les résultats de simulations sont en bon accord avec les mesures expérimentales. La décharge RF atmosphérique est comparable aux décharges RF classiques basse pression dans lesquelles l'ionisation a majoritairement lieu dans les gaines oscillantes, là où les électrons ont le plus d'énergie.