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DIREBIO
Décharges Impulsionnelles, REactivités à haute pression, et interfaces plasma-BIOlogie

Responsable : Stéphane PASQUIERS

Dernière Mise-à-jour : 28/08/19

Présentation

DIREBIO est une équipe de physiciens et de chimistes travaillant essentiellement sur les décharges électriques hors-équilibre (plasmas froids) à pression atmosphérique ou voisine (0.1 – 10 bars) et leurs applications.

L’équipe développe de nouvelles sources de plasmas froids (microdécharges et jets de plasma pour le biomédical, décharges couronne diffuses nanoseconde pour la dépollution et le déclenchement de combustion, …), et mène ses travaux en collaboration avec des chercheurs d’autres disciplines, en France et à l’étranger (Biologie : interaction d’espèces actives avec le vivant – Physico-Chimie : caractérisation des mélanges gazeux complexes par spectrométrie de masse, réactivité des ions – Chimie : interaction d’une décharge avec un catalyseur d’oxydation, génération d’un noyau de flamme par décharge nanoseconde – Génie des procédés : traitement des polluants gazeux – Physique du solide : nouveaux matériaux pour les décharges impulsionnelles).

DIREBIO est composée d'expérimentateurs, utilisant des modèles de décharges homogènes et développant des outils numériques pour aider à l'interprétation des expériences. Elle collabore avec des équipes de modélisateurs pour décrypter les phénomènes physico-chimiques les plus complexes.

Les recherches menées par DIREBIO, et les applications concernées par ces recherches, sont toutes plus ou moins liées aux thèmes Energie et Environnement faisant parties des enjeux technologiques actuels des plasmas froids. L'équipe est également impliquée dans la thématique de recherche "Plasmas pour la biologie et la médecine".

 

Objectifs fondamentaux et applications

La physique des décharges impulsionnelles rapides (ns - µs) et la cinétique des plasmas générés par ces décharges constituent le socle des activités de l’équipe DIREBIO : dépôt d’énergie dans les plasmas (dans l’espace et le temps), production et transport d’espèces actives, corrélation entre dépôt d’énergie et production des espèces, réactivité en phase gaz, etc… L'équipe s'intéresse à la physique de ces décharges et à la cinétique des plasmas produits dans des gaz et des mélanges de gaz très variés (gaz rares et gaz moléculaires).

Les décharges étudiées et développées, ou mises en œuvre pour des applications spécifiques, sont de différents types : micro-décharges, décharges à barrière diélectrique pour "jets" de plasma ou d’autres sources d’espèces, décharges couronne diffuses nanoseconde, etc… Ces travaux sont menés en liaison avec le développement d’alimentations électriques haute-tension (en collaboration avec le Service EI du laboratoire et la société Excitronic). De conception plus ancienne, des décharges pré-ionisées (photo-déclenchées) sont utilisées pour des études fines de la cinétique des molécules organiques dans les plasmas de gaz atmosphériques.

Les principaux sujets de recherche actuels de l’équipe sont, en collaboration avec ses partenaires académiques ou industriels :

  • la cinétique de conversion des hydrocarbures et des Composés Organiques Volatiles dans les mélanges de gaz atmosphériques, et dans différents types de plasma (homogène, diffus, filamentaire), avec surtout pour application la réduction des émissions polluantes (industrie, transports, …) et dans une moindre mesure le déclenchement de combustion;
  • la physique des décharges impulsionnelles ultra-courtes (10 ns) à très haute tension (50 kV et plus), qui génèrent un plasma diffus dans l'air à pression atmosphérique;
  • l’interaction des plasmas avec les liquides et la matière vivante (cellules, microorganismes), avec notamment pour application l’oncologie;
  • l’interaction des plasmas avec les surfaces pour la détection de molécules faiblement volatiles, pour le développement de la spectrométrie de masse appliquée à la sécurité globale;
  • les plasmas de décharges RF ou DC pour l’optimisation de poudres métalliques dans le cadre de travaux sur la fabrication additive de pièces à géométrie complexe.

Un peu d'histoire

La formation de l'équipe, sous le nom DIP : Décharges Impulsionnelles de Puissance, remonte à la fin des années 80 lorsque le LPGP s'est engagé dans l'étude des lasers à excimère de puissance, en particulier XeCl (308 nm), sous la responsabilité de Vincent PUECH, fondateur de l'équipe.

Ses activités ont ensuite été progressivement étendues à la commutation de fortes puissances (pseudo-sparks), à la dépollution d'effluents gazeux (de-NOx et de-COV), aux lasers HF/DF (3-4 µm), au traitement de surfaces métalliques (nettoyage et dépôt de couches minces), puis au déclenchement de la combustion, à la décontamination de surfaces par photons VUV, aux applications biologiques des plasmas (bio-médecine), et plus récemment à la détection de molécules organiques.

Pendant quelques années (2005-2008), l'équipe DIP a organisé ses travaux selon plusieurs opérations de recherche complémentaires :

  • Lasers et Commutateurs puis Microdécharges et Macroplasmas, sous la direction de V. Puech.
  • Traitement d'Effluents Gazeux par Décharges Impulsionnelles puis DECharges hors-équilibre et CINEtiques à haute pression, sous la direction de S. Pasquiers.

Depuis janvier 2009 l’équipe a simplifié son organisation et s'appelle désormais Décharges Impulsionnelles, REactivités à haute pression, et interfaces plasma-BIOlogie.

     

Actualités

    • Participations aux conférences en 2019

      Conférences invitées
      XXXIV ICPIG et 10th International Conference on Reactive Plasmas (14-19 juillet, Sapporo, Japon)
      Special Arranged Session 1. Novel aspects of classical gas discharge phenomena
      * Ionization waves in diffuse atmospheric pressure air plasmas generated at hiogh overvoltage conditions,
      par P. Tardiveau.
      International workshop on diagnostics of atmospheric-pressure plasmas
      * Measurement on atmospheric-pressure plasmas of electron properties by Thomson scattering and of reactive species by optical emission and absorption spectroscopy,
      par J. Santos Sousa.

      Autres communications
      6th International Workshop on Plasma for Cancer Treatment (1-3 avril, Anvers, Belgique)
      * Reinvestigation of in vitro plasma treatment conditions so that it better reproduces in vivo conditions: a biologist’s point of view,
      par P-M. Girard et J. Santos Sousa.

      10th International Workshop on Micro-discharges (20-24 mai, Kyoto, Japon)
      * Study of ns-pulsed microplasma sources in N2/Ar mixture,
      par S. Kasri, L. William, X. Aubert, G. Lombardi, A. Tallaire, J. Achard, C. Lazzaroni, G. Bauville, M. Fleury, K. Gazeli, S. Pasquiers et J. Santos Sousa.

      67th ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics (2-6 juin, Atlanta, USA)
      * Byproducts formation in a VOC air cleaning system: real-time analysis using a compact FTICR in a model plasma reactor,
      par S. Thomas, N. Blin-Simiand, J. Lemaire, M. Héninger, H. Mestdagh, L. Magne, S. Pasquiers, et E. Louarn.

      24th International Symposium on Plasma Chemistry (9-14 juin, Naples, Italie)
      * New insight into the removal kinetic of acetone in nitrogen plasma,
      par S. Thomas, S. Pasquiers, E. Louarn, L. Magne, M. Heninger, N. Blin-Simand, J. Lemaire, B. Bournonville, et H. Mestdagh.
      * Odorous volatile compounds conversion by electro-ceramic barrier discharge,
      par N. Blin-Simiand, M.Heninger, S. Pasquiers, J. Lemaire , B. Bournonville, et H. Mestdagh.
      * Insights into the peculiar field structure of a recent diffuse discharge under extreme voltage conditions by electric field induced second harmonic generation and optical emission spectroscopy,
      par A. Brisset, T.-L. Chng, S. Starikovskaya, I. Adamovich, et P. Tardiveau.
      * Spatio-temporal measurements of the electronic density in a diffuse corona discharge under extreme voltage conditions,
      par A. Brisset, A. Sobota, et P. Tardiveau.
      * Kinetics of active species in a DC discharge by synchrotron VUV absorption,
      par J-P. Booth, A. Chatterjee, O. Guaitella, J. Santos Sousa, N. de Oliveira, L. Nahon, D. Lopaev, S. Zyryanov, et T. Rakhimova.

      Plathinium (23-27 septembre, Antibes, France)
      * Optimization of Helium Cold Plasma Jets for New Anti-Tumor Treatments,
      par J. Santos Sousa, K. Sklias, K. Gazeli, G. Bauville, M. Fleury, et P.M. Girard.

    • Grands partenariats

      DIAGPLAS : Plateforme francilienne de diagnostics avancés de plasmas réactifs, soutenue par la région Ile-de-France dans le cadre de son appel SESAME2016, coordonnée par G. Stancu (Energétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion - EM2C, Centrale-Supelec, Gif-sur-Yvette – également en collaboration avec le Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux - LSPM, Paris XIII-Villetaneuse).
      Dans le cadre de ce projet à long terme (2018-2023), et avec le soutien des Labex LaSIPS at PALM, DIREBIO développera une expertise concernant la mise en œuvre de la spectrométrie de masse PTR-FTICR à haute résolution en collaboration avec le LCP (M. Heninger et col.) de l’Université Paris-Sud, ainsi que sur les mesures d’espèces par absorption laser infra-rouge en collaboration avec le laboratoire EM2C (G. Stancu et col.) de Centrale-Supelec.

      SOFIA : Solutions pour la fabrication industrielle additive métallique, soutenu en particulier par BPI-France et labellisé par 5 pôles de compétitivité.
      Programmes multipartenaires recherche-industrie initié et porté par Fives Michelin, avec la participation de 8 laboratoires INSIS-CNRS sous la coordination de T. Minea, directeur du LPGP.
      Dans cet ambitieux programme de recherche appliquée, qui se déroule sur 6 ans (2017-2022), DIREBIO développe une collaboration forte avec l’équipe TMP-DS du laboratoire.

  • Programmes de recherche récents

    PLASORG : Conversion des molécules organiques par plasmas froids. Programme sur 2 ans (2018-2019) soutenu par le Labex LaSIPS, coordonné par S. Pasquiers.

    ERACOP : Elementary Reactivity and Analysis for Cold Plasmas. Programme sur 2 ans (2018-2019) soutenu par le Labex PALM, coordonné par C. Alcaraz (Laboratoire de Chimie Physique, Université Paris-Sud).

    PLASCANCER : Study of the chemical and biological effects of plasmas and anticancerous plasma(electro)chemotherapy. Programme sur 3 ans (2018-2020) soutenu par INSERM-INCA, coordonné par L. Mir (Vectorologie et Thérapeutiques Anticancéreuses, Institut Gustav Roussy, Villejuif).

    PHeCell3D : Optimisation de l’efficacité anti-tumoral de jets de plasma froid d’hélium en utilisant des modèles en 3 dimensions de cellules tumorales. Programme sur 2 ans (2018-2019) soutenu par le Labex LaSIPS, coordonné par J. Santos Sousa.

    RECOVER : Réacteur plasma innovant pour l’élimination de COV en industrie. Programme sur 3 ans (2015-2018) soutenu par l’ADEME (prog. CORTEA : Connaissances, réduction à la source et traitement des émissions de polluants dans l'air), coordonné par un industriel.

    EXFIDIS : Etude d’un nouveau type de décharges électriques générées par champ électrique transitoire extrême dans l’air à pression atmosphérique. Programme sur 5 ans (2014-2018) soutenu par l'ANR, coordonné par P. Tardiveau (Programmes "blancs" 2013).

    PLASPAMS : Plasmas pour l'analyse en masse des surfaces. Programme sur 4 ans (2014-2018) soutenu par l'ANR (Programme CSOSG 2013), coordonné par S. Pasquiers, et M. Heninger (Laboratoire de Chimie Physique, Université Paris-Sud).



Articles récents (2016-2019)

 

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