Étude des potentialités des jets plasma pour le traitement de souches bactériennes (multi)résistantes dans les conditions terrestres et spatiales
Le plasma, considéré comme le quatrième état de la matière, résulte de l'ionisation d'un gaz et se compose d'électrons, d'ions et d'espèces neutres. Parmi ses déclinaisons, le plasma froid non-thermique à la pression atmosphérique suscite un intérêt croissant pour des applic...
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| Κύριος συγγραφέας: | |
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| Άλλοι συγγραφείς: | , , , , , , , |
| Μορφή: | Thèse numérique |
| Γλώσσα: | Français |
| Έκδοση: |
2025.
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| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2025ORLE1097_va.pdf https://theses.fr/2025ORLE1097/abes https://theses.hal.science/tel-05737311 |
| Σημείωση: |
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) : Jean-Gabriel Bauzin (Président du jury) ; Thomas Maho, Fabienne Brulé, Guillemette Gauquelin-Koch, Pablo Escot Bocanegra (Membre(s) du jury) ; Muriel Golzio, Nofel Merbahi (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Study of the potential of plasma jets for the treatment of (multi)resistant bacterial strains in terrestrial and space conditions |
| Περίληψη: | Le plasma, considéré comme le quatrième état de la matière, résulte de l'ionisation d'un gaz et se compose d'électrons, d'ions et d'espèces neutres. Parmi ses déclinaisons, le plasma froid non-thermique à la pression atmosphérique suscite un intérêt croissant pour des applications biomédicales. Ses propriétés bactéricides sont désormais établies et ouvrent la voie à des alternatives aux antibiotiques face à l'essor des bactéries multirésistantes (BMRs). Ces dernières représentent une menace sanitaire mondiale, reconnue par l'OMS comme un enjeu critique pouvant provoquer jusqu'à dix millions de décès annuels à l'horizon 2050. Les effets biologiques du plasma sont liés à une combinaison de facteurs physico-chimiques : rayonnements UV, champ électrique, espèces chargées et espèces réactives de l'oxygène et de l'azote (RONS). Les réacteurs à décharge à barrière diélectrique (DBD) constituent une technologie particulièrement prometteuse grâce à leur efficacité de production de RONS et leur capacité à générer des jets de plasma capables d'inactiver rapidement des bactéries. Au-delà de la pratique terrestre de la médecine, l'intérêt du plasma froid se projette également dans le contexte spatial. Les futures missions habitées de longue durée imposeront des solutions de décontamination, de purification de l'air et de l'eau, et de gestion des infections, dans un environnement contraint en ressources. Le plasma froid, notamment au travers de sources plasma versatiles telles que le Plasma Gun (PG) développé au laboratoire GREMI, pourrait répondre à ces exigences. L'objectif principal de cette thèse est d'évaluer le potentiel bactéricide du PG en conditions terrestres et spatiales, tout en approfondissant la compréhension des mécanismes mis en jeu. Le travail s'est articulé autour de deux axes: la caractérisation du plasma en diverses conditions environnementales incluant l'apesanteur, et l'évaluation de son efficacité sur des souches bactériennes diverses non pathogènes et multirésistantes. Les résultats ont confirmé l'efficacité du Plasma Gun pour l'inactivation bactérienne, sur terre comme en apesanteur (validé lors de campagnes de vols paraboliques supportées par le CNES et Novespace). L'étude de l'ajout de dioxygène au gaz plasmagène (hélium) et l'exposition de bactéries en phase latente et de croissance exponentielle suggèrent un rôle prépondérant des RONS à courte durée de vie dans l'inactivation induite par plasma froid. L'étude des traitements dynamiques a montré qu'il est possible de décontaminer rapidement de larges surfaces, l'efficacité dépendant directement du nombre d'impulsions plasma par unité de surface. L'analyse thermique a confirmé que l'échauffement local reste insuffisant pour expliquer l'inactivation bactérienne, écartant une simple désinfection par l'apport de chaleur. Les observations par imagerie filtrée en longueur d'onde ont souligné l'importance des espèces réactives de courte durée de vie, localisées à l'interface plasma-cible. Enfin, les tests sur des BMRs en milieu hospitalier (CHU d'Orléans) ont démontré que le PG conserve une efficacité comparable à celle observée sur les souches non pathogènes, avec des variations liées à la composition du gaz et aux sensibilités spécifiques des bactéries. En conclusion, ce travail met en évidence le potentiel du Plasma Gun comme outil polyvalent de désinfection, prometteur pour des applications médicales terrestres et pour les futures missions spatiales. Plasma, considered the fourth state of matter, results from the ionization of a gas and is composed of electrons, ions, and neutral species. Cold plasma at atmospheric pressure has attracted specific and growing interest for biomedical applications. Its bactericidal properties are now well established, offering unique alternatives to antibiotics to face the critical emergence and spreading of multidrug-resistant bacteria (MDRs). These pathogens represent a global health threat, recognized by the WHO as a critical challenge that could cause up to ten million annual deaths by 2050. The biological effects of plasma combine various physicochemical factors: UV radiation, electric fields, charged particles, and reactive oxygen and nitrogen species (RONS). Dielectric barrier discharge (DBD) reactors constitute a particularly promising technology due to their efficiency in producing RONS and their ability to generate plasma jets capable of rapidly inactivating bacteria. Beyond terrestrial medical practice, cold plasma also holds promise in the context of space exploration. Future long-duration manned missions will require innovative solutions for decontamination, air and water purification, and infection management in a resource-limited environment. Cold plasma, particularly through versatile plasma sources such as the Plasma Gun (PG) developed at the GREMI laboratory, could meet these demands. The primary objective of this thesis was to assess the bactericidal potential of the PG under terrestrial and space conditions while deepening the understanding of the underlying mechanisms. The work articulates around two main focuses: plasma characterization under various environmental conditions including microgravity, and evaluation of its efficacy against diverse bacterial strains, both non-pathogenic and multidrug-resistant. The results confirmed the efficiency of the Plasma Gun for bacterial inactivation, both on Earth and in microgravity (validated during parabolic flight campaigns supported by CNES and Novespace). The study of oxygen addition to the plasma gas (helium) and the exposure of bacteria in lag and exponential growth phases suggest a predominant role of short-lived RONS in cold plasma-induced inactivation. Investigations of dynamic treatments demonstrated that large surfaces can be rapidly decontaminated, with the efficiency directly depending on the number of plasma pulses per unit area. Thermal analysis confirmed that local heating is insufficient to explain bacterial inactivation, ruling out simple heat disinfection. Observations using wavelength-filtered imaging highlighted the importance of short-lived reactive species localized at the plasma-target interface. Finally, tests conducted on MDRs in a hospital setting (Orléans University Hospital) demonstrated that the PG exposure is as efficient as for non-pathogenic strains inactivation, with variations depending on the gas composition and the specific sensitivities of the bacteria. In conclusion, this work highlights the potential of the Plasma Gun as a versatile disinfection tool, promising for medical applications on Earth as well as in future space missions. |
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| Περιγραφή τεκμηρίου: | 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) : Jean-Gabriel Bauzin (Président du jury) ; Thomas Maho, Fabienne Brulé, Guillemette Gauquelin-Koch, Pablo Escot Bocanegra (Membre(s) du jury) ; Muriel Golzio, Nofel Merbahi (Rapporteur(s)) |
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