LES PLASMAS AU CŒUR DE LA MULTIDISCIPLINARITÉ

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, 20‐22 novembre 2013, Québec
QU’EST‐CE QU’UN PLASMA?
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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

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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 19ème siècle
ème état de la matière » revient à Crookes en 1879
o L’expression « 4
o Le terme plasma est dû à Langmuir en 1929
LES PLASMAS: UNE TRÈS GRANDE DIVERSITÉ
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Milieux très denses (naines blanches) à très ténus (ionosphère terrestre)
Températures (électroniques) très basses (ionosphère) à très élevées (plasmas de fusion)
EXEMPLES DE PLASMAS
LES PLASMAS DANS LA NATURE
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Etoiles et environnements planétaires
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Exemple: l’ionosphère et la magnétosphère terrestres
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Régions de la haute atmosphère • Ionisation résultant de l’impact des photons solaires avec les atomes et molécules ambiants
o
o
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Ionosphère:  90‐600 km d’altitude Magnétosphère: > 600 km
Densité de charges variant de 10 à 107 électrons/cm3 selon l’altitude
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Variabilité diurne; accroissement durant les aurores boréales
Structure de l’environnement terrestre
LES PLASMAS DE LABORATOIRE
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Plasmas pour l’énergie
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Principe de la fusion
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Amener en « contact » suffisamment longtemps deux atomes pour qu’ils fusionnent
Trois méthodes possibles
LES PLASMAS DE LABORATOIRE
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Les autres applications des plasmas
Multiples et variées
 Au cœur des besoins industriels et sociétaux

Environnem ent et bio-m édical
Aéronautique et
aérospatiale
Télécom munications
et électronique
Traitem ent
par plasm a
Traitem ent des textiles et
des papiers, m étallurgie
Éclairage et
piles solaires
LES PLASMAS DE LABORATOIRE
POURQUOI LES PLASMAS SONT‐ILS SI INTÉRESSANTS?
DES PHOTONS  ÉCLAIRAGE, LASERS, ETC.
Spectre d’un plasma d’argon à basse pression (type ICP)
Mercure
DES PHOTONS  ANALYSE ÉLÉMENTAIRE PAR LIPS
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Laser de puissance focalisé sur une cible 
Pression atmosphérique  montage expérimental très simple
Raies de Fe et Mg
Al II 281.62 nm
Plasma
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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
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
PHOTONS, IONS ET NEUTRES RÉACTIFS  BIO‐APPLICATIONS DES
PLASMAS
Synthèse et traitement de matériaux biocompatibles
 Stérilisation
 Traitement des plaies
 Destruction ciblée de cellules
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PARCOURS PERSONNEL
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Venue à la physique des plasmas un peu par hasard
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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
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Plasmas produits par laser 
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Applications au LIPS
Applications au dépôt de couches minces
Actuellement
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Plasmas micro‐ondes pour l’analyse chimique
Plasmas micro‐ondes à basse pression pour la gravure de couches minces
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 micro‐
ondes)
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
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Interdisciplinarité: appui de collègues spécialistes de l’application MERCI