LES FICHES TECHNIQUES Les plasmas ont du génie Cahiers de l'Innovation - Novembre 97

A Paris, à l'Ecole Nationale Supérieure de Chimie, le Laboratoire de Génie des Procédés Plasmas et des Traitements de Surfaces étudie les propriétés chimiques des plasmas. Une technique aux applications industrielles nombreuses, le plus souvent destinées au traitement de matériaux à haute valeur ajoutée. Depuis 1980, le Laboratoire de Génie des Procédés Plasmas et des Traitements de Surfaces (LGPPTS) de l'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris oriente ses recherches sur les plasmas et la diversité de leurs débouchés industriels :

- traitement de surfaces,

- purification des matériaux couches minces,

- physicochimie de la transformation moléculaire pour l'implantation de fonctions sur les surfaces des polymères,

- destruction des déchets,

- phénomènes thermiques de transfert sur paroi de composites.

Aujourd'hui, le LGPPTS développe cinq axes de recherche :

- élaboration de matériaux et alliages ultrapurs (teneur en impuretés <10-6 g/g) par plasma radiofréquence haute température. Il s'agit d'un domaine complet puisqu'il concerne la conception de torches, le développement des unités et le contrôle en ligne. L'essentiel des applications de ce procédé développé de façon industrielle depuis quatre ans, est le silicium photovoltaïque, utilisé pour la réalisation de photopiles solaires.

- traitement de surfaces des matériaux polymères par plasma. Outre le débouché classique (la métallisation des matériaux pour la production de condensateurs), ce procédé est aujourd'hui appliqué au contrecollage des films minces de polyéthylène sur des endroits bien précis des combinaisons de plongées.

- dépôt de couches minces transparentes et conductrices type SnOx à la température ambiante. Il s'agit de déposer sur un éventail de substrats différents des couches semi-conductrices à des propriétés optiques et électriques contrôlées. Outre les applications en optoélectronique, ces couches sont étudiées pour la réalisation des microcapteurs' chimiques des gaz toxiques.

- réacteur de traitement en lit fluidisé dédié aux molécules toxiques ou au retraitement d'hydrocarbures pour la désulfuration. Il s'agit d'une unité de taille pilote avec outils et analyse en ligne. Ce sujet a débouché sur des applications industrielles pour des unités spécifiques ; il constitue aussi une recherche fondamentale pour la communauté scientifique internationale.

Cette technique permet une décomposition totale des molécules hautement toxiques. Dons ce cadre, le travail réalisé par le LGPPTS sur la valorisation des hydrocarbures a reçu une récompense nationale en novembre 1997 remise par le Comité Français d'Electrothermie.

- réacteur de traitement en plasma puisé pour tester les matériaux spaciaux lors des transferts thermiques. En collaboration avec l'entreprise Dassault et la SEP, le LGPPTS étudie notamment les flux thermiques auxquels sont soumis ces matériaux ainsi que les conséquences de ces échauffements.

Le laboratoire travaille en Ile-de-France avec les grandes écoles et les centres de recherches de l'Ecole Supérieure d'Electricité, de l'Ecole polytechnique, du centre d'Orsay de Physique des Plasmas et de l'institut d’Electronique Fondamentale. Sur le plan national, il participe avec l’ARC (Action de Recherche Concertée) CNRS-ECODEV à des actions de recherche pour le traitement thermochimique des REFIOM (REsidus des Fumées d'incinération des Ordures Ménagères) en collaboration avec l'Ademe et EDF.

Destruction des CFC par plasma froid

L'insertion de l'équipe dons les réseaux internationaux, européens (COST, PISE) et les réseaux scientifiques des grandes conférences mondiales (Electrochemical Society, European Thermal Plasma Processes, American Society, lUPAC-lSPC, Gordon Conference, etc) permet au LGPPTS des échanges décisifs en matière de procédés plasmas appliqués aux secteurs tels que l'énergie photovoltaïque, le traitement de surfaces, les traitements des déchets, etc.

Pour tous ces travaux, le laboratoire dispose de dix équipements plasma et de techniques de contrôle en ligne sophistiquées (spectométrie de masse, spectroscopie d'émission, anémométrie Doppler laser, GC et GCMS en différé) mais également de banques de données pour les simulations thermodynamiques, cinétiques et hydrodynamiques afin de qualifier les réacteurs et les modéliser.

Modélisation 3D de l'hydrodynamique d'un réacteur