ETUDE DES CINÉTIQUES DE TRANSPORT D’ESPÈCES CHARGÉES DANS LES PLASMAS TRANSITOIRES PAR DIAGNOSTIC E-FISH POUR LA CONSTRUCTION DE BASES DE DONNÉES IA.

Physique des plasmas et des gaz.
interactions laser-plasma et laser-gaz.

Ce projet de thèse vise à réaliser une étude approfondie du transport des espèces chargées générées dans des décharges fortementtransitoires, de l’échelle nanoseconde à picoseconde, à travers la mesure résolue spatialement et temporellement du champ électriquepar la technique E-FISH (Electric Field-Induced Second Harmonic Generation). Ces régimes se rencontrent notamment dans lesdécharges impulsionnelles à barrière diélectrique (iDBD), utilisées pour la génération de nano-plasmas THz, ainsi que dans lesnouveaux régimes d’ionisation ultra-rapide de type FHiVI² appliqués à la pulvérisation cathodique avancée.
L’objectif central est de constituer une base de données expérimentale de très haute qualité, commune à ces différents procédés, permettant de caractériser précisément les champs électriques, les fronts d’ionisation et les dynamiques de gaines plasma, avec une résolution spatiale inférieure à 100 μm et temporelle inférieure à 2 ns. Cette base de données aura vocation à alimenter des modèles numériques prédictifs, incluant des approches d’intelligence artificielle, pour le contrôle et l’optimisation de plasmas instables ou de très faible dimensionnalité spatio-temporelle.
Le premier volet portera sur l’optimisation du diagnostic E-FISH pour des conditions basse pression (jusqu’à ~1 Pa) en gaz nobles purs et en mélanges (He, Ne, Ar, Kr, Xe), puis en gaz réactifs (H₂, O₂, N₂). Des abaques expérimentaux seront établis afin d’identifier des signatures E-FISH en fonction des paramètres opératoires.
Le second volet visera à transposer ces résultats aux décharges cathodiques en régime FHiVI², récemment développé et breveté, caractérisé par des taux d’ionisation fortement accrus en HiPIMS. L’introduction d’atomes métalliques (W, Ta, puis C, Si, Ti, Pd)permettra d’étudier l’influence des espèces métalliques sur la réponse E-FISH et sur les mécanismes de transport en régime transitoire.
Enfin, le troisième volet consistera à structurer l’ensemble des données acquises en une base cohérente et exploitable pour le développement d’un modèle numérique prédictif intégrant des outils d’IA. L’objectif final est de démontrer la capacité du diagnostic E-FISH à déterminer la composition d’un gaz ou d’un plasma à partir de sa réponse à un champ électromagnétique, ouvrant des perspectives majeures pour la compréhension et le contrôle des plasmas avancés.