Thèse Mise en Oeuvre de Procédés Verts à Base de Dispositifs Micro-Plasmas Élaborés à Partir de Micro-Cavités Structurées en Silicium H/F - Université d'Orléans

Établissement : Université d'Orléans
École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
Laboratoire de recherche : GREMI - Groupe de Recherches sur l'Energie des Milieux Ionisés
Direction de la thèse : Rémi DUSSART ORCID 0000000320015034
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-31T23:59:59

Dans un contexte où les enjeux environnementaux à différentes échelles constituent des défis majeurs, il est urgent de développer des solutions innovantes et efficaces. Cette thèse vise à concevoir des procédés de décarbonation fondés sur l'utilisation de plasmas froids à pression atmosphérique. Ces technologies ambitionnent de répondre notamment aux besoins en dépollution (sols, eau...) Elles concernent également le traitement localisé de surfaces (fonctionnalisation, microélectronique, packaging).
La micro-décharge à cathode creuse (MHCD) est une source de plasma froid dont la distance interélectrode est micrométrique. L'anode et la cathode sont séparées par une fine couche diélectrique intégrant une cavité permettant l'injection du gaz et l'amorçage du plasma. Ces dispositifs, souvent organisés en matrices de microcavités espacées de quelques dizaines à centaines de micromètres, sont issus des procédés de microélectronique.
Au GREMI, les réacteurs MHCD sont fabriqués sur substrats semi-conducteurs structurés par masques, autorisant des géométries fines et un fort contrôle du degré d'ionisation grâce à des champs électriques intenses (>100 kV·cm¹). Une originalité majeure réside dans leur fonctionnement en régime continu (DC) à pression atmosphérique, nécessitant seulement quelques centaines de volts. Ce mode d'alimentation permet une maîtrise précise de la puissance et une efficacité énergétique compatible avec des sources décarbonées. Des essais en régime impulsionnel seront également réalisés à des fins comparatives.
La thèse vise à optimiser les micro-dispositifs sur les plans géométrique, électrique et mécanique grâce aux moyens de microfabrication en salle blanche du GREMI et de ses plateformes partenaires (CERTeM, Renatech). Une large part de la thèse sera dédiée aux procédés de microfabrication en salle blanche pour réaliser des microdispositifs innovants.
Le développement d'un procédé basé sur les MHCD impose un fonctionnement à pression atmosphérique dans des conditions ambiantes de température et d'humidité. Or, l'influence de l'humidité reste peu documentée. Un objectif central sera donc d'étudier le rôle de la molécule d'eau comme précurseur dans des mélanges de gaz rares, d'azote ou d'air. Seront analysés le comportement temporel et morphologique de la décharge, les interactions plasma-surface, la cinétique chimique ainsi que les propriétés électriques et thermiques.
La caractérisation reposera sur des diagnostics avancés. La chimie réactive issue des processus hors équilibre sera étudiée par spectroscopie d'émission et d'absorption résolue en temps. Ces mesures, couplées à des diagnostics électriques, permettront d'estimer les taux de conversion et d'établir un bilan énergétique via la détermination des densités de puissance injectées.
Ces travaux contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes gouvernant le procédé selon les conditions de décharge. La réalisation d'un prototype intégrant les micro-plasmas permettra son déploiement vers d'autres diagnostics et des applications sur site, notamment pour le traitement de gaz ou la production locale d'espèces réactives à courte durée de vie.

Ce projet bénéficiera d'un soutien partiel d'un projet ANR.
Dans un contexte où les problématiques environnementales multi-échelles sont devenues de réels défis, il devient urgent d'identifier puis de développer de nouvelles solutions alternatives et efficaces. S'inscrivant dans cette démarche, ce sujet de thèse a pour objectif d'amener au développement de procédés de décarbonation basés sur une technologie innovante tirant parti des propriétés des plasmas froids à la pression atmosphérique pour répondre aux attentes écologiques en matière de :dépollution (des sols et de l'eau), conversion de la biomasse (reconversion de gaz, fonctionnalisation de bio-matériaux), d'agriculture et d'agroalimentaire (action antiparasitaire, décontamination, fertilisation), biologie et médecine (activation de mécanismes biologiques, nouvelles thérapies). Traitement local de surfaces (fonctionnalisation, microélectronique, packaging).

Master dans les domaines du plasma, des micro et nanotechnologies ...
Expérimentateur.
Gout pour le travail minutieux en salle blanche.
Une expérience en salle blanche serait appréciée.