Contexte : La nucléation est un phénomène stochastique présent dans la plupart des transitions de
phases (e.g. cristallisation). Le projet ANR INCRYS a pour objectif de comprendre comment un plasma
hors-équilibre induit la nucléation cristalline dans une solution saturée, c’est à dire la formation des
premières mailles cristallines lors d’une précipitation. L’utilisation d’un plasma pour déclencher la
nucléation est motivée par le contrôle de la morphologie et de la distribution en taille des cristaux. De
nombreux processus plasma pourraient être à l’origine de la nucléation qui interviennent à des échelles
de temps allant de l’ultra-rapide (sub-nanoseconde) à la milliseconde.
L’approche du projet INCRYS est dans un premier temps d’identifier les phases temporelles de la
cristallisation induite par plasma. Deux dispositifs expérimentaux sont utilisés pour cette étude : le
premier est un réacteur plasma microfluidique composé d’un capillaire millimétrique parcouru par une
solution sursaturée et par des bulles d’air ou d’argon injectées périodiquement dans lesquelles le
plasma est généré (Fig. 1.a). Ce premier dispositif permet de confiner la zone de nucléation dans un
volume accessible à des diagnostics laser. Le second dispositif est constitué d’une pointe portée à haute
tension au-dessus d’une cuvette contenant la solution saturée. Ce dispositif est bien adapté pour une
mesure de la densité électronique par diffusion Thomson et pour une étude statistique de la probabilité
de nucléation et du nombre moyen de cristaux formés.
Les objectifs du stage sont les suivants :
1. Optimiser le dispositif expérimental microfluidique (dispositif 1) existant afin d’assurer la
formation contrôlée et synchronisée des bulles et de la décharge (synchronisation effectuée à
partir d’une interface en langage python).
2. Caractériser le plasma par imagerie rapide (sub-ns) et par spectroscopie d’émission optique
(température, identification d’espèces émissives, mesure de la densité électronique) sur les
dispositifs 1 et 2 pour identifier des mécanismes réactionnels possibles de nucléation
3. Intégrer au dispositif 2 le diagnostic de diffusion Thomson, disponible à l’EM2C, pour affiner la
mesure de densité électronique par une technique laser, de haute résolution spatio-temporelle
La solution utilisée sera une solution modèle eau/glycine.

Le stage se fera en collaboration avec J.-F. Audibert, ingénieur au LuMIn/PPSM, Arthur Salmon, chercheur au LGPM et leader du projet INCRYS et Clément Lafargue, chercheur au LuMin.

Le candidat aura des connaissances de programmation / python, et idéalement des notions de spectroscopie d’émission et de physique des plasmas.