Contexte :

Les décharges à barrières diélectriques (DBD) sont les dispositifs les plus efficaces pour générer des plasmas froids à pression atmosphérique sur de grandes surfaces. Elles sont ainsi fréquemment utilisées pour le traitement des gaz (dépollution, conversion du CO2) ou pour des applications d’ingénierie de surface avancée : activation de surface ou dépôt de couches minces, notamment avec des substrats thermosensibles.

Dans une DBD, les diélectriques sont insérés entre les électrodes et le gaz, limitant ainsi le transfert de charge pour prévenir la transition à l’arc. Le diélectrique a longtemps été considéré uniquement comme une capacité surfacique. Cependant, le matériau diélectrique influence aussi la manière dont il retient les charges qui lui sont transférées. Il peut les diffuser à la surface ou en volume, les stocker à différentes profondeurs, mais aussi les évacuer vers son environnement proche (métal, gaz, etc.). Ces propriétés, rarement prises en compte dans l’étude des DBD, ont pourtant une influence notable sur la nature de la décharge et son organisation structurelle comme la récemment démontré l’équipe SCIPRA du laboratoire LAPLACE. Il est donc nécessaire de comprendre le comportement du diélectrique au regard de la charge électrique.

L’équipe DSF du laboratoire LAPLACE a développé un savoir-faire unique dans la mise au point de techniques permettant de mesurer les propriétés des matériaux diélectriques. L’une d’elles, la FLIMM, permet de déterminer la profondeur à laquelle sont stockées les charges électriques. Cette technique consiste à mesurer la position des charges et leur quantité en utilisant un laser modulé en intensité pour chauffer le volume de l’échantillon. Selon la fréquence de modulation du faisceau laser, l’onde thermique est plus ou moins diffusée en profondeur, interagissant avec les charges stockées à différentes distances de la surface pour donner le courant FLIMM. La mesure de ce courant permet donc de sonder l’échantillon dans sa profondeur.

L’an dernier ces deux équipes du LAPLACE ont montré la faisabilité d’une mesure de charge par la méthode FLIMM (Focused Laser Intensity Modulation Method) sur une DBD. Un courant de FLIMM a ainsi pu être mesuré après avoir optimisé la géométrie de la cellule

Sujet :

Pour déterminer la distribution spatiale des charges stockées dans le matériau à partir du courant FLIMM, il est nécessaire de connaître la manière dont l’onde thermique se diffuse dans le matériau et son interaction avec les charges stockées dans le diélectrique. Il est donc essentiel de procéder à la modélisation thermique et électrostatique du signal FLIMM qui permettra par la suite de déconvoluer les signaux de mesure pour remonter à la profondeur et à la quantité de charges.

Le stage débutera par une phase de prise en main du banc expérimental existant, notamment du dispositif FLIMM, à travers des mesures effectuées sur une décharge à barrière diélectrique (DBD) préalablement chargée. Cette phase servira principalement à comprendre le fonctionnement et les principes de la mesure FLIMM. L’essentiel du travail portera ensuite sur la modélisation thermique du dispositif, afin de mieux comprendre comment l’onde thermique pénètre dans le matériau. Une fois cette étape validée, le modèle thermique sera couplé au modèle électrostatique afin d’étudier les interactions entre l’onde thermique et les charges. Le modèle complet développé sous COMSOL permettra donc de déterminer le signal de FLIMM qui serait obtenu pour des densités de charge placées à différentes profondeurs de la surface.

Profil recherché :

Nous recherchons un candidat en Master 1 ou 2 ayant une formation en physique ou en ingénierie. Plus que la formation d’origine ou les résultats scolaires, la motivation et les compétences en développement expérimental et/ou en traitement du signal sont fondamentales pour le bon déroulement du stage.

Contacts :

Laurent Berquez (Professeur Université Toulouse 3 – LAPLACE) : berquez@laplace.univ-tlse.fr

Antoine Belinger (Maître de Conférence Université Toulouse 3 – LAPLACE) : belinger@laplace.univ-tlse.fr