Foundation for Singlet Delta Oxygen Production Optimization by Atmospheric Pressure He/O2 Plasmas

Ce mémoire pose les fondations vers l’obtention d’un meilleur contrôle sur la production des espèces chimiques réactives produites par les plasmas horséquilibre à pression atmosphérique, avec une attention particulière à l’oxygène delta singulet produit par un jet de plasma He/O2 couplé capacitivement. Un contrôle sur la production de ces espèces est ici défini par un champ électrique impulsionnel modifiable, une détection sensible des espèces, puis l’éta-blissement d’un modèle permettant de simuler et de comprendre les mécanismes de formation et de destruction de celles-ci. Afin d’atteindre une production maximale d’oxygène delta singulet, une excitation électrique radiofréquence combinée avec des pulses haute tension d’une durée de quelques nano-secondes est envisagée. Ainsi, la création d’une source pulsée haute tension est une partie importante de ce travail. Cette source est basée sur un générateur de type Cockcroft-Walton qui produit une haute tension DC. Cette haute tension est ensuite commutée par un interrupteur commercial haute tension basé sur la technologie MOSFET. L’interrupteur est actionné par un circuit de contrôle maison. Cette source pulsée haute tension a allumé un plasma dans l’air avec succès à l’aide d’un réacteur de décharges à barrière diélectrique de test. Les caractéristiques typiques du pulse produisant le plasma sont une amplitude de 6 kV, une fréquence de répétition de 2 kHz, une largeur à mi-hauteur de 1 µs avec un temps de montée de 40 ns. L’étendu des performances de la source sont une amplitude allant de 0 à 8 kV, une fréquence de répétition de 500 Hz à 8 kHz, une largeur à mi-hauteur de 1 µs à 10 µs. Un système de spectroscopie dans le proche infrarouge est recréé afin de mesurer des densités absolues d’oxygène delta singulet dans l’effluent d’un jet de plasma à pression atmosphérique. L’effluent est acheminé par un tube de verre vers une cellule de détection calibrée. Certains des photons émis dans cette cellule passent par un filtre passe-bande puis atteignent une photodiode InGaAs. La tension mesurée par cette photodiode est associé à une densité absolue d’oxygène singulet par un facteur de conversion obtenu de la littérature. La densité maximale mesurée d’oxygène delta singulet est 1.1 ∗ 1015 molécules/cm3 et est obtenue pour un plasma de 35 W, ayant une fréquence d’excitation de 13.56 MHz, une composition gazeuse de 0.998:0.002 (He : O2) avec un flux total de 14 SLM à une distance de détection de 14 cm. La limite de détection est posée à 1014 molécules/cm3. Un système de détection d’ozone est utilisé dans l’effluent du même jet de plasma à pression atmosphérique pour l’importance de cette molécule dans les mécanismes de destruction de l’oxygène delta singulet.