Equipe
TMP-DS
Equipe Théorie et Modélisation des Plasmas - Décharges et Surfaces
Responsable: Tibériu MINEA
Objectifs fondamentaux et applications
Présentation
L’équipe TMP-D&S, animée par T. Minea, regroupe la majeure partie des activités de recherche sur les plasmas basse pression du LPGP. Cette équipe dispose d’un large parc de réacteurs plasma sous vide concernant les activités ‘Décharges et Surfaces’ (D&S), mais également de nombreux modèles de divers plasmas, pour les activités ‘Théorie et Modélisation des Plasmas’ (TMP).
Les études scientifiques menées dans l’équipe TMP - D&S concernent la physique des décharges et les mécanismes de dépôt de puissance permettant l’ionisation des gaz et les réactions engendrées. Ces études visent la compréhension des mécanismes gouvernant ses décharges permettant de maîtriser et de contrôler les plasmas, allant de la conception de nouveaux procédés jusqu'à l’analyse des dépôts effectués par voie plasma. Ses réalisations puisent dans les connaissances acquises soit par la caractérisation expérimentale du plasma, soit par le biais de la modélisation et des simulations numériques.
Les recherches de l’équipe TMP-D&S concernent la production, la compréhension, l’amélioration et l’optimisation des plasmas froids, mais également la production de particules chargées (électron et ions), ainsi que des espèces actives (métastables, radicaux, etc.) en phase gazeuse ou en interaction avec des surfaces. Avec la réduction des dimensions du plasma (micro-plasma) certains travaux concernent les décharges pouvant fonctionner à la pression atmosphérique, alors que d’autres concernent les décharges sous vide (sans gaz injecté). Privilégiant toujours une démarche fondamentale, les recherches menées au sein de cette équipe débouchent régulièrement sur des applications telles que le dépôt de couches minces, le traitement plasma des polymères, le contrôle de la combustion, ou la conception de nouveaux dispositifs et procédés plasmas. Certains travaux se placent à l’interface entre les plasmas froids et les plasmas chauds, tels que les recherches relatives au projet ITER où des plasmas froids sont créés par des particules de très haute énergie (injecteur de neutres, plasma de bord, etc.), le rayonnement ionisant (synchrotron) ou la tenue sous très hautes tensions (MegaVolts).
Objectifs fondamentaux et applications
L’objectif de nos études porte sur la compréhension des mécanismes fondamentaux permettant l’ionisation des gaz à basse pression, la création du plasma, soit à travers une décharge électrique, soit par l’interaction des rayonnements énergétiques (ions, électrons, photons avec un gaz), soit par la détente d’un gaz (vapeur) sous vide tout en appliquant de très forts champ électriques.
Historiquement, deux types de décharge sont étudiées dans l’équipe TMP-D&S : magnétron et microondes. Toutefois, ces connaissances ont permis d’étendre les recherches à d’autres décharges comme celles générant des ions négatifs, produisant des particules chargées pour alimenter des sources d’ions ou d’électrons, des sources d’ions métalliques, etc. L’équipe possède des compétences dans les plasmas magnétisés, le transport et l’extraction de particules chargées ou activées par plasma (jet d’espèces à basse pression), l’ionisation des gaz induite par un rayonnement énergétique, mais aussi l’interaction plasma-surface, les traitement de surface et le dépôt en phase vapeur (PVD- Physical Vapor Deposition) en atmosphère inerte ou réactive.
Plus récemment, nos recherches visent des sujets d’intérêt socio-économique, l’optimisation de nombreux procédés plasmas ou la conception de nouveaux dispositifs à fort potentiel innovant.
Thèmes de recherche
Les projets de l’équipe pour les années à venir se focalisent sur 5 axes de recherches :
1) Plasmas froids pour les hautes énergies
• Modélisation numérique de la formation d'un faisceau de particules à haute énergie (100 keV - 1 MeV) pour ITER & le CERN
• Modélisation de l’émission électronique pour la tenue ultra-haute tension et les sources d’électrons
2) Décharges magnétrons
• Caractérisation expérimentale du plasma magnétron
• Modélisation du plasma magnétron
• Dépôt de couches ultra-minces et nanoparticules
3) Décharges micro-ondes
• Microdécharges micro-ondes dans des fibres et des capillaires
• Traitements de surface par plasmas micro-ondes
4) Fragmentation et Corrélations
• Méthodes Statistiques - Fragmentation moléculaire
• Systèmes quantiques libres corrélés
5) Fabrication Additive
• Source d'énergie pour la fabrication additive haute énergie
• Modélisation 3D auto-cohérente de la mise en forme d’un faisceau d’électrons