Equipe

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

Responsable : Joao SANTOS SOUSA

Dernière Mise-à-jour : 22/01/2024

Présentation

DIREBIO travaille 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 (micro-décharges et « jets de plasma » pour la bio-médecine et la conversion de molécules organiques, 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, oncologie – Physico-Chimie : caractérisation des mélanges gazeux complexes par spectrométrie de masse – Génie des procédés : traitement des polluants gazeux – Physique du solide : nouveaux matériaux pour l’électronique).

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

Objectifs fondamentaux et applications

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 et responsable scientifique jusqu’en 2008.

Les recherches 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 ou la conversion/synthèse de molécules organiques, à la conception de nouveaux matériaux, en collaborations avec des partenaires académiques dans le cadre de projets financés par les grandes agences françaises (ANR, ADEME, etc…) et programmes de recherche nationaux (Plan Cancer, …), la région Ile-de-France (plateforme Diagplas), le CNRS et deux Labex de l’Université Paris-Saclay. L’équipe a été sous la responsabilité de Stéphane PASQUIERS de 2009 à 2023, et ses activités sont maintenant coordonnées par Joao SANTOS SOUSA.

La physique des décharges électriques 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… De conception plus ancienne, une décharge pré-ionisée (photo-déclenchée) est utilisée pour des études fines de la cinétique moléculaire dans les mélanges de gaz.

 

Ces dernières années, et actuellement, les principaux sujets de recherche de l’équipe sont :

  • 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 et la réactivité 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;
  • La physique des micro-décharges et des « jets de plasma », avec application à l’élaboration de nouveaux matériaux pour l’électronique, la conversion et la synthèse de molécules organiques, la bio-médecine;
  • 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 le développement de la spectrométrie de masse appliquée à la sécurité globale, la détection de molécules faiblement volatiles;
  • 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.

Actualité

  • 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.

  • Programmes de recherche depuis 2014

    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).