LES PLASMAS AU CŒUR DE LA
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- Lucien Lemelin
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1 LES PLASMAS AU CŒUR DE LA MULTIDISCIPLINARITÉ Joëlle Margot Professeure, Département de Physique, Université de Montréal Directrice de Plasma Québec, regroupement stratégique en science et applications des plasmas 30ème Colloque de l ADARUQ 2013, novembre 2013, Québec
2 QU EST CE QU UN PLASMA? Etat de la matière caractérisé par des charges libres en mouvement dans une mer de neutres plus ou moins dense Suit la séquence solide liquide gaz Milieu macroscopiquement neutre, mais électrons (et ions) libres Propriétés collectives (force d interaction à longue portée: Coulomb) L histoire de la physique des plasmas a commencé avec l étude des décharges électriques dans les gaz à la fin du 19 ème siècle o L expression «4 ème état de la matière» revient à Crookes en 1879 o Le terme plasma est dû à Langmuir en 1929
3 LES PLASMAS: UNE TRÈS GRANDE DIVERSITÉ Milieux très denses (naines blanches) à très ténus (ionosphère terrestre) Températures (électroniques) très basses (ionosphère) à très élevées (plasmas de fusion)
4 EXEMPLES DE PLASMAS
5 LES PLASMAS DANS LA NATURE Etoiles et environnements planétaires Exemple: l ionosphère et la magnétosphère terrestres Régions de la haute atmosphère Ionisation résultant de l impact des photons solaires avec les atomes et molécules ambiants o Ionosphère: km d altitude o Magnétosphère: > 600 km Densité de charges variant de 10 à 10 7 électrons/cm 3 selon l altitude o Variabilité diurne; accroissement durant les aurores boréales Structure de l environnement terrestre
6 LES PLASMAS DE LABORATOIRE Plasmas pour l énergie Principe de la fusion Amener en «contact» suffisamment longtemps deux atomes pour qu ils fusionnent Trois méthodes possibles
7 LES PLASMAS DE LABORATOIRE Les autres applications des plasmas Multiples et variées Au cœur des besoins industriels et sociétaux Environnement et bio-médical Télécommunications et électronique Aéronautique et aérospatiale Traitement par plasma Traitement des textiles et des papiers, métallurgie Éclairage et piles solaires
8 LES PLASMAS DE LABORATOIRE
9 POURQUOI LES PLASMAS SONT ILS SI INTÉRESSANTS?
10 DES PHOTONS ÉCLAIRAGE, LASERS, ETC. Spectre d un plasma d argon à basse pression (type ICP) Mercure
11 DES PHOTONS ANALYSE ÉLÉMENTAIRE PAR LIPS Laser de puissance focalisé sur une cible Pression atmosphérique montage expérimental très simple Raies de Fe et Mg Al II nm Plasma Analyse spectroscopique de la lumière émise par le plasma formé Le spectre d émission est une signature de l élément émetteur Analyse des impuretés contenues dans la matrice Analyse élémentaire in situ en temps réel
12 DES IONS ET DES NEUTRES RÉACTIFS SYNTHÈSE ET TRAITEMENT DES MATÉRIAUX Attaque par plasma des matériaux Exemple de la gravure nanométrique Caractéristiques recherchées Sélectivité Anisotropie Vitesse Uniformité microscopique Uniformité macroscopique Mécanismes de gravure Processus physique Pulvérisation par les ions du plasma Processus chimique Attaque par les neutres réactifs du plasma Formation de composés volatils éjection de matière de la surface
13 PHOTONS, IONS ET NEUTRES RÉACTIFS BIO APPLICATIONS DES PLASMAS Synthèse et traitement de matériaux biocompatibles Stérilisation Traitement des plaies Destruction ciblée de cellules
14 PARCOURS PERSONNEL Venue à la physique des plasmas un peu par hasard Étude de plasmas produits par des faisceaux de protons Étude du plasma ionosphérique (aurores boréales) Étude de plasmas produits par des champs électromagnétiques micro ondes Plasmas micro ondes pour l analyse chimique Plasmas micro ondes à basse pression pour la gravure de couches minces Plasmas produits par laser Applications au LIPS Applications au dépôt de couches minces Actuellement Plasmas à couplage inductif à très basse pression pour la gravure Plasmas de haute fréquence pour la synthèse de nanoparticules Plasmas à la pression atmosphérique (décharges à barrière diélectrique et microondes) Plasmas des basses aux hautes pression pour l hyperpolarisation de l hélium 3 Aussi directrice du regroupement stratégique en science et applications des plasmas De plus en plus, ce sont les applications qui pilotent la recherche fondamentale en physique des plasmas Mission de Plasma Québec Interdisciplinarité: appui de collègues spécialistes de l application
15 MERCI
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