Study of non-thermal plasma produced by dielectric barrier discharge. Applications to water depollution and deposition of thin layers
La décharge à barrière diélectrique (DBD) est l'un des principaux moyens de produire un plasma non thermique (NTP) à pression atmosphérique. Son intérêt réside dans sa conception structurelle simple, son courant de décharge auto-limité et son utilisation facile. Ce travail de doctorat s'es...
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| Autres auteurs: | , , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Langue: | Anglais |
| Publié: |
2024.
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| Sujets: | |
| Accès en ligne: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2024ORLE1034_va.pdf http://www.theses.fr/2024ORLE1034/abes https://theses.hal.science/tel-04882868 |
| Note: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Monica Magureanu (Président du jury) ; Thierry Dufour, Claire Douat, Hervé Rabat (Membre(s) du jury) ; Catherine Batiot-Dupeyrat, Bruno Caillier (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Etude du plasma non thermique produit par décharge à barrière diélectrique. Applications à la dépollution des eaux et au dépôt de couches minces |
| Résumé: | La décharge à barrière diélectrique (DBD) est l'un des principaux moyens de produire un plasma non thermique (NTP) à pression atmosphérique. Son intérêt réside dans sa conception structurelle simple, son courant de décharge auto-limité et son utilisation facile. Ce travail de doctorat s'est concentré sur son étude et sur deux de ses applications. Tout d'abord, une configuration de DBD de type pointe-plan en contact avec de l'eau a été étudiée pour différents paramètres expérimentaux, tels que l'amplitude de la haute tension, la fréquence, la distance entre la pointe de l'électrode et la surface de l'eau, et surtout la conductivité de l'eau. Cette étude a montré l'influence de ces facteurs sur la puissance injectée dans le plasma. Nous avons, notamment, observé de faibles variations de la puissance injectée même en cas de changement significatif de la conductivité de l'eau, signifiant que le dispositif est pertinent pour le traitement des eaux réelles du point de vue de leurs conductivités. Par la suite, un dispositif DBD de structure cylindrique a été construit pour traiter deux molécules antibiotiques : l'amoxicilline (AMX) et le sulfaméthoxazole (SMX). Cette étude a démontré l'efficacité de notre dispositif pour la dégradation des deux antibiotiques, que ce soit en solution individuelle ou en mélange. De plus, il a été constaté que le traitement sous oxygène améliore d'un facteur deux le rendement énergétique par rapport à un traitement dans l'air. Dans un deuxième temps, l'étude s'est concentrée sur la conception, la construction et l'étude d'une nouvelle source NTP destinée à améliorer le procédé de dépôt par couche atomique spatiale à pression atmosphérique (PASALD). L'objectif principal de ce nouveau réacteur était la production d'atomes d'oxygène ou d'azote. La caractérisation complète des performances du réacteur ont fournis des informations précieuses sur sa fonctionnalité. Alors que la présence d'atomes d'oxygène était facile à observer en utilisant un spectromètre classique, l'utilisation d'un spectromètre très sensible équipé d'un capteur CCD refroidi par cryogénie a été nécessaire pour mettre en évidence la production d'atomes d'azote dans le réacteur. Dielectric barrier discharge (DBD) stands out as a prominent method for generating non-thermal plasma (NTP) at atmospheric pressure. Its appeal lies in simple structural design, self-limited discharge current, and excellent controllability. This doctoral work focused on studying DBD and its applications. Initially, a configuration of pin-to-plane DBD in contact with water was investigated under various experimental parameters, such as high voltage amplitude, frequency, electrode-water distance, and especially the water conductivity. This study showed the influence of these factors on the power injected into the plasma. Notably, we observed a small power fluctuation despite a significant change in water conductivity, indicating the device is relevant to treating real wastewater from the point of view of its conductivity. Subsequently, a cylindrical DBD system with a falling liquid film setup was constructed for degrading two antibiotic molecules: amoxicillin (AMX) and sulfamethoxazole (SMX) under different conditions. This investigation demonstrated the efficacy of our device in treating both individual antibiotic solutions and their mixtures. Additionally, it was found that oxygen considerably improved the energy yield, doubling it compared to air. Furthermore, the study focused on the design, construction, and investigation of a novel NTP source dedicated to enhancing the atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (SALD) process. The main goal was the production of oxygen or nitrogen atoms by using our reactor. The comprehensive characterization of the reactor's performance provides valuable insights into its functionality. While the presence of oxygen atoms was easy observable using a classic spectrometer, the use of a very sensitive spectrometer equipped with a cryogenically-cooled CCD was necessary to evidence the production of nitrogen atoms in the reactor. |
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| Description: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Monica Magureanu (Président du jury) ; Thierry Dufour, Claire Douat, Hervé Rabat (Membre(s) du jury) ; Catherine Batiot-Dupeyrat, Bruno Caillier (Rapporteur(s)) |
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