Présentation

Le Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas

Présentation du laboratoire - la recherche au LPGP

Le Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas d'Orsay, créé dans les années 60, est une Unité Mixte de Recherche (UMR 8578) rattachée à l’INSIS/CNRS (Institut des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes) sous la double tutelle administrative du CNRS et de l’Université Paris-Saclay. Il développe ses travaux dans le domaine de la recherche fondamentale, expérimentale et théorique.

Les applications qui en sont issues concernent principalement

L'environnement : destruction de polluants atmosphériques ou agents bactériologiques, stérilisation et décontamination de surfaces, contrôle de la combustion.
Les lasers à ultra-haute intensité et leur interaction avec des plasmas : sources de rayonnement, accélération d'électrons au GeV, accélération d'ions
L'énergie par fusion contrôlée par confinement magnétique : technologie pour ITER
Les matériaux : synthèse de films ultra-minces, dépôt, traitement de métal et de polymères, synthèse de poudre et de matériaux micro- et nano-structurés, nettoyage de surface, etc.
Les transports : contrôle de la combustion, propulsion par plasma.
La réduction de la consommation d'énergie : sources lumineuses à haut rendement, photo-tribologie.
Contrôle des procédés aérosols : quantification de la charge et de la taille, sélectivité, métrologie, nanoparticules cœur-coquille (core-shell) ;
Sources d’énergie pour la Fabrication Additive : faisceaux d’électrons, lasers, mise en forme et caractérisation des faisceaux, etc.

Installé dans les locaux de la Faculté des Sciences d’Orsay de l'Université de Paris-Saclay, le LPGP est le plus ancien laboratoire universitaire de physique des plasmas de France. Il est aussi un des plus importants avec un effectif de 60 personnes.

Laboratoire généraliste, les activités du LPGP concernent d'une part les plasmas chauds avec une activité phare autour de l'interaction laser-plasma à très haute intensité et l’accélération laser-plasma, et d'autre part, les plasmas à basse température dans des situations hors équilibre. L'intérêt de ces derniers tient au fait que les différentes espèces présentes (électrons, ions, atomes ou molécules neutres) ont des énergies très différentes permettant de conjuguer ionisation du milieu gazeux, forte réactivité des espèces formées et faible température des particules lourdes.

Le plasma est un milieu gazeux constitué, au moins partiellement, de particules chargées (électrons et ions) qui lui confère des propriétés particulières en présence de champs électriques et/ou magnétiques. L’univers est très majoritairement constitué de matière à l’état de plasmas (étoiles, soleil, poussières interstellaires, magnétosphère, foudre…). Le plasma est utilisé pour différentes applications depuis les travaux sur de nouvelles sources d’énergie avec la fusion thermonucléaire aux nouvelles technologies (microélectronique, éclairage, dépôt et traitement de matériaux, propulsion plasma, dépollution et traitement de gaz…).

Équipes de recherche:

DEA - Équipe Décharges Électriques et Aérosols

Objectifs fondamentaux et applications:

Détection de la foudre et protection contre le foudroiement
Caractérisation électrothermique des décharges électriques et modélisation
Production de nanoparticules par nucléation dans les décharges électriques
Charge des aérosols pour le diagnostic en taille et en concentration des aérosols
Polymérisation en post-décharge de couches minces (bio)-fonctionnelles

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

Objectifs fondamentaux et applications:

Les recherches menées par DIREBIO, et les applications concernées, sont liées aux trois thèmes Energie, Environnement, et Santé. Ces dernières années et actuellement, les sujets traités 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.

ITFIP - Interaction et Transport de Faisceaux Intenses dans les Plasmas

Objectifs fondamentaux et applications:

Etude expérimentale et théorique de l'interaction laser-matière en champ fort et le transport et guidage de hautes intensités laser dans les plasmas. Les principaux domaines d'application sont l’accélération d'électrons relativistes en plasmas sous denses, les sources de particules secondaires et de rayonnement énergétique, la physique à haute densité d’énergie, le développement de plasmas pour les accélérateurs avancés à forts gradients accélérateurs.

L’équipe ITFIP est active dans la modélisation et la mise en œuvre expérimentale de l'accélération d'électrons par laser dans les plasmas. Plusieurs éléments clés pour les futurs accélérateurs laser plasma sont en cours d’étude, en particulier le guidage de lasers intenses dans des tubes capillaires et le développement de nouvelles cibles plasma, les mécanismes physiques de piégeage et d'accélération des électrons pour des applications à l'accélération multi-étages.

Ces travaux s’intègrent dans le programme scientifique lié à l'accélération d'électrons sur l’installation de recherche APOLLON, et contribuent à la qualification des équipements dans la salle longue focale d’APOLLON. L’équipe s’implique dans la coordination de groupes de travail dans les projets européens EUPRAXIA (design study et Phase préparatoire) et ARIES.

L’équipe utilise et contribue au développement de codes numériques (WAKE, WARP, FBPIC). Les expériences sont réalisées sur des installations françaises (UHI100, APOLLON) et européenne (LLC, Lund Suède).

TMP-D&S - Équipe Théorie et Modélisation des Plasmas - Décharges et Surfaces

Objectifs fondamentaux et applications:

L’objectif de nos études porte sur la compréhension des mécanismes fondamentaux qui régissent le transfert de puissance vers le plasma, essentiellement pour les décharges magnétron et microondes. Toutefois, ces connaissances s’avèrent très utiles pour l’optimisation de nombreux procédés plasmas ou pour la conception de nouvelles applications.
On peut citer entre autres :

La description du couplage d’énergie (ionisation et création d’espèces actives) au plasma basse pression et plus récemment à la pression atmosphérique (micro-ondes, arc)
La maîtrise et le contrôle des procédés plasmas pour l’interaction avec les surfaces
L’étude du transport des électrons à travers les lignes du champ magnétique (problème ouvert en physique des plasmas)
Modélisation des processus de fragmentation moléculaire, du transport des espèces dans les décharges, des décharges, et des instabilités
Mise en forme des lasers de puissance pour diverses applications dont la fabrication additive, et utilisation des lasers pour les diagnostics avancés des plasmas
Études des jets de particules et leur interaction mutuelle ou avec les surfaces.

In memoriam Jean Bretagne

En souvenir de Jean BRETAGNE qui vécut pleinement ses passions scientifique et humaniste.

C’est avec une profonde tristesse que nous avons appris la disparition de Jean BRETAGNE, Directeur de Recherche CNRS à la retraite, le 28 juillet 2021.
Jean BRETAGNE était un physicien très apprécié de ses collègues, spécialiste de spectrométrie atomique et de physique des plasmas. Il a dirigé le Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas de 1998 à 2004.

It is with deep sadness that we have learned of the death of Jean BRETAGNE on July 28, 2021.
Jean BRETAGNE was a very appreciated physicist by the peers and colleagues, specialized in atomic spectroscopy and plasma physics. He directed the Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas (LPGP – Laboratory of Physics of Gases and Plasmas) from 1998 to 2004.