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JCJC - SIMI 9 - Sciences de l'ingéniérie, matériaux, procédés énergie (JCJC SIMI 9) 2011
Projet INDIGO

Instabilités et Poussières dans les Gaz Ionisés: Perspectives

Les plasmas poussiéreux (ou complexes), sont des gaz ionisés contenant des poussières dont la taille varie du nm au mm. Ces milieux se rencontrent en astrophysique (queues de comètes, atmosphères planétaires) et dans l'industrie où ces poussières sont néfastes en microélectronique mais utiles pour la fabrication de systèmes en nanotechnologie (dispositifs à un électron, cellules solaires). La fusion thermonucléaire est également concernée par la présence de poussières provenant de l'érosion des parois.
La formation de poussières dans les plasmas peut être due à la présence de gaz réactifs ou à la pulvérisation des surfaces. Les mécanismes de croissance impliquent de nombreuses réactions chimiques et physiques encore mal connues. Les poussières sont piégées dans le plasma du fait de leur charge négative acquise en capturant les électrons libres. Ce phénomène peut altérer l'équilibre du plasma qui est alors le siège de nombreuses instabilités dont les caractéristiques sont liées à celles des poussières. Différentes forces agissent sur ces poussières, entraînant des inhomogénéités dans leur répartition spatiale comme la formation d'une région vide de poussières ("void") au centre du nuage.
L'objectif de ce projet est de développer les connaissances fondamentales sur des aspects étroitement liés: les mécanismes de formation des poussières, les instabilités qui affectent le plasma et les poussières, la dynamique du "void". Des avancées scientifiques significatives sont attendues sur ces aspects méconnus mais primordiaux pour une bonne compréhension de ces milieux. Du point de vue des applications potentielles, ces études pourront servir à améliorer les méthodes de formation, de détection, de contrôle, d'élimination ou d'utilisation des poussières.
L'une des originalités de ce projet sera d'étudier ces phénomènes dans des réacteurs différents et avec différentes méthodes de production des poussières (gaz réactifs et particulièrement hydrocarbonés, pulvérisation). Ceci permettra d'envisager une explication globale de ces phénomènes, en comparant, corrélant et interprétant les différents résultats.
La formation de poussières sera étudiée afin d'identifier des processus universels. La cinétique de croissance sera suivie en fonction des conditions de décharge et une analyse des molécules carbonées intervenant dans les réactions chimiques sera effectuée.
Le void sera caractérisé en fonction de la nature du gaz. Le plasma central sera analysé par Fluorescence Induite par Laser, absorption et spectroscopie d'émission optique. L'interface nuage/plasma sera examinée avec attention.
Différents types d'instabilités seront étudiés afin de mettre en évidence leur caractère universel dans les plasmas poussiéreux. Ces phénomènes instables peuvent être de précieux outils de diagnostic pour détecter la présence de poussières et suivre leur croissance. Ces instabilités sont souvent fortement non linéaires. Des techniques d'analyse des systèmes dynamiques seront appliquées pour caractériser ces instabilités et remonter aux équations régissant leur dynamique. Cet aspect amène une nouvelle thématique interdisciplinaire au sein du laboratoire.
Ce projet sera mené au GREMI dont l'expérience dans le domaine des plasmas poussiéreux est internationalement reconnue. Une des particularités du projet sera de développer des approches originales et d'engager de nouvelles collaborations interdisciplinaires notamment autour des aspects nonlinéaires. Depuis 2009 et la fusion avec le laboratoire LASEP de Bourges, le GREMI est sur 2 sites (Orléans, Bourges). Avant 2009, le GREMI et le LASEP travaillaient indépendamment sur les plasmas poussiéreux. Depuis la fusion, l'association des compétences respectives des 2 sites offre des perspectives nouvelles. Ce projet permettrait ainsi de fédérer ces travaux et de faire naître un projet commun aux 2 sites autour de la thématique des plasmas poussiéreux.

Partenaires

GREMI UNIVERSITE D'ORLEANS

Aide de l'ANR 250 000 euros
Début et durée du projet scientifique novembre 2011 - 36 mois

 

Programme ANR : JCJC - SIMI 9 - Sciences de l'ingéniérie, matériaux, procédés énergie (JCJC SIMI 9) 2011

Référence projet : ANR-11-JS09-0010

Coordinateur du projet :
Monsieur Maxime Mikikian (UNIVERSITE D'ORLEANS)
maxime.mikikian@nulluniv-orleans.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.