FR3134494A1 - Système et procédé de traitement de surface de matériaux - Google Patents
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Abstract
Il est proposé un système de traitement de surface de matériaux (10) comportant un matériau cible, au moins un dispositif de transfert (100), au moins un dispositif générateur plasma (200). Le dispositif générateur plasma (200) comprend un fluide et génère une colonne (202) de plasma froid. Le matériau cible est apte à parcourir un trajet entre un point de départ et un point d’arrivée en traversant le dispositif générateur plasma (200) et la colonne plasma (202), selon un vecteur unitaire de déplacement. Le dispositif de transfert (100) comprend un fluide transféré du dispositif de transfert (100) vers le dispositif générateur plasma (200). La colonne de plasma (202), générée à partir des fluides et , présente une forme géométrique oblongue de longueur , selon un axe longitudinal colinéaire au vecteur de déplacement, et de largeur , selon un axe transverse perpendiculaire au vecteur de déplacement, tel que . Figure pour l’abrégé : [Fig.1]
Description
La présente invention concerne de manière générale les matériaux, et en particulier un système et un procédé de traitement de surface de matériaux à partir de dispositifs de génération de plasma.
Les systèmes de traitement de surface de matériaux sont classiquement utilisés dans de nombreux domaines tels que le domaine biomédical, la cosmétique, le traitement de matériaux par fonctionnalisation de surfaces, l’éclairage, etc.
Des systèmes de traitement de surface de matériaux connus utilisent des produits chimiques, selon des techniques de passage d’objet dans des bains ou de projection/évaporation pour réaliser le traitement de surface des matériaux. Cependant, de telles solutions nécessitent l’apport extérieur de composants chimiques, et ne sont donc pas écologiques.
Pour éviter l’utilisation et le stockage de produits chimiques, d’autres systèmes de traitement de surface de matériaux utilisent des techniques dites « plasma » pour le traitement de matériaux. Ces techniques plasma peuvent être mises en œuvre à partir de « torches » ou encore de système DBD (pour « décharges à barrière diélectrique »).
Cependant, les techniques plasma connues sont limitées dans les mélanges de gaz pour la génération plasma. En effet, elles ne permettent pas de réaliser des traitements de matériaux avec des concentrations importantes de gaz additionnels (comme par exemple des pourcentages élevés d’azote ou d’oxygène dans des gaz rares), ce qui conduit à l’extinction du plasma.
Par ailleurs, certaines techniques connues (notamment les torches) consomment une puissance importante. En outre, dans le cas des torches, la technique n’est pas adaptée aux matériaux thermosensibles et peu adaptée au traitement d’objet en défilement. Dans les systèmes DBD, elles peuvent conduire à des traitements inhomogènes, les plasmas étant difficilement produits de manière homogène à la pression atmosphérique. Ainsi, ces techniques ne peuvent pas garantir un traitement direct et homogène dans le cas d’objet de symétrie sensiblement cylindrique à très grand rapport d’aspect, tel que des fibres ou fils, rubans, tubes ou capillaires. En outre, ces techniques ne peuvent pas garantir non plus un traitement efficace et rapide de ces matériaux et de ces objets en raison du faible volume de plasma généré à la pression atmosphérique.
Il existe ainsi un besoin pour un procédé et un système de traitement de surface améliorés capables de traiter la surface de matériaux sans dégradation, à la pression atmosphérique, et de manière adaptée aux matériaux creux tels que les tubes ou les capillaires.
La présente invention vient améliorer la situation en proposant un système de traitement de surface de matériaux comprenant un matériau cible, au moins un dispositif de transfert, au moins un dispositif générateur plasma, le dispositif de transfert comprenant un fluide destiné à être transférer au dispositif générateur plasma, le dispositif générateur plasma comprenant un fluide et étant configuré pour générer une colonne de plasma froid, le matériau cible étant apte à parcourir un trajet, entre un point de départ et un point d’arrivée, le trajet traversant au moins le dispositif générateur plasma et la colonne plasma, le trajet étant défini dans un référentiel donné selon un vecteur unitaire de déplacement , le fluide étant transféré du dispositif de transfert vers le dispositif générateur plasma, et la colonne de plasma étant générée à partir du fluide et du fluide . La colonne de plasma présente une forme géométrique oblongue définie par une longueur , une largeur et un rapport d’aspect , la longueur étant définie selon un axe longitudinal colinéaire au vecteur de déplacement et la largeur étant définie selon un axe transverse perpendiculaire au vecteur de déplacement .
Dans un mode de réalisation, le matériau cible peut traverser en outre au moins une partie du dispositif de transfert.
Le dispositif générateur plasma peut comprendre un capillaire de génération d’une colonne plasma comprenant un orifice d’entrée configuré pour recevoir le matériau cible en entrée du capillaire et un orifice de sortie configuré pour délivrer le matériau cible en sortie du capillaire.
Dans des modes de réalisation, le dispositif générateur plasma est un dispositif « en T », comprenant en outre un module de contrôle et d’alimentation en fluide et un guide de transport de fluide , le module de contrôle et d’alimentation étant configuré pour appliquer une décharge impulsionnel dans le fluide selon une fréquence de décharge . Le guide et le capillaire du dispositif « en T » peuvent présenter chacun une forme et des dimensions choisies en fonction du matériau cible et du traitement de surface à appliquer.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif de transfert peut être un dispositif « en T » configuré pour générer une colonne de plasma, le dispositif de transfert et le dispositif générateur plasma étant distants l’un de l’autre d’une distance représentant la distance entre l’orifice d’entrée du dispositif générateur plasma et l’orifice de sortie du dispositif de transfert. La colonne de plasma peut être générée en fonction de la distance .
En particulier, le capillaire du dispositif générateur plasma peut comprendre au moins une partie réalisée en un matériau conducteur et au moins une partie réalisée en un matériau diélectrique.
Le matériau cible peut avoir en outre une largeur et le capillaire peut avoir une largeur . Le dispositif de transfert peut être une enceinte accolée au dispositif générateur plasma, et connectée au niveau de l’orifice d’entrée du dispositif générateur plasma par une connexion ayant une forme donnée et une ouverture de diamètre telle que . La connexion peut permettre le transfert du fluide dans le capillaire et la colonne de plasma peut être générée en fonction de la connexion.
Le matériau cible peut être une fibre, un fil ou un capillaire, embobiné, au niveau du point de départ, dans une bobine de départ, et au niveau du point d’arrivée, dans une bobine d’arrivée, chaque bobine étant apte à être déroulée et enroulée de sorte que le matériau cible parcourt le trajet selon une vitesse donnée définie en fonction du traitement de surface à appliquer.
L’invention fournit également un procédé de fabrication d’un objet à partir d’au moins un système de traitement de surface de matériaux comprenant au moins un matériau cible, au moins un dispositif de transfert et au moins un dispositif générateur plasma, le matériau cible parcourant un trajet entre un point de départ et un point d’arrivée selon un vecteur unitaire de déplacement , le dispositif de transfert comprenant un fluide , le dispositif générateur plasma comprenant un fluide , le procédé comprenant les étapes consistant à :
- transférer le fluide du dispositif de transfert vers le dispositif générateur plasma,
- générer une colonne de plasma froid à pression environnante au moyen du dispositif générateur plasma à partir des fluides et , la colonne de plasma ayant une forme géométrique oblongue définie par une longueur , une largeur et un rapport d’aspect noté , la longueur étant définie selon un axe longitudinal colinéaire au vecteur de déplacement et la largeur est définie selon un axe transverse perpendiculaire au vecteur de déplacement , et
- faire passer le matériau cible suivant le trajet, à travers du dispositif générateur plasma, au moins lorsque la colonne de plasma est générée.
- transférer le fluide
- générer une colonne de plasma froid à pression environnante au moyen du dispositif générateur plasma à partir des fluides
- faire passer le matériau cible suivant le trajet, à travers du dispositif générateur plasma, au moins lorsque la colonne de plasma est générée.
Le procédé comprend en outre une étape consistant à faire passer le matériau cible à travers le dispositif de transfert.
Le procédé et le système de traitement de surface des matériaux selon les modes de réalisation de l’invention permettent de générer des plasmas atmosphériques multiples, impliquant des mélanges de gaz impossibles à obtenir à partir de réacteurs plasma de l’art antérieur. Ces plasmas peuvent être générés sur de grandes longueurs et adaptés pour le traitement inhomogène et/ou homogène de matériaux à très grand rapport d’aspect. Ces plasmas peuvent être en outre générés par des dispositifs interchangeables dans un système peu consommateur d’énergie.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple.
Des références identiques sont utilisées dans les figures pour désigner des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l’échelle.
La figure 1 représente schématiquement un système de traitement de surface de matériaux 10 comprenant un matériau cible , un dispositif de transfert 100 et un dispositif générateur plasma 200.
Le système de traitement de surface, selon les modes de réalisation de l’invention peut être utilisé dans différents domaines d’application, tels que par exemple et sans limitation, le domaine du biomédical, de la stérilisation, de la médecine, de la cosmétique, du traitement de matériaux par fonctionnalisation de surfaces, de la production de motifs ultrafins, de la dépollution et/ou décontamination, de la germination, de l’éclairage, de la commutation rapide, de la modification d’écoulements, de la détection, de la métrologie, etc.
Le matériau cible peut être composé d’un ou de plusieurs matériaux inertes diélectriques ou conducteurs et/ou de tissus biologiques. Le matériau cible comprend une surface qui peut être définie par exemple par sa composition chimique et/ou structurelle, et/ou son état de surface. La surface d’un matériau est notamment définie par des propriétés de surface spécifiques telles que par exemple des propriétés physiques, des propriétés optiques, et/ou des propriétés électriques, etc.
Certaines de ces propriétés de surface peuvent être modifiées pendant et/ou après une interaction du matériau cible avec un plasma à température ambiante ou très proche de la température ambiante.
Tel qu’utilisé ici, le terme « plasma » fait référence à un plasma froid formé à pression ambiante défini par un plasma gazeux (constituée d’espèces chargées et d'électrons) hors équilibre thermodynamique pour lequel la température des électrons est très élevée par rapport à la température des autres espèces contenues dans le plasma. La température des autres espèces restant proche de la température ambiante.
Un plasma formé par les dispositifs du système de traitement de surface de matériaux 10 engendre une production, de manière contrôlée et homogène d’espèces réactives. Ces espèces sont des éléments chimiques excités ou dans leur état fondamental (par exemple NO, OH, NO2, H2O2, O, O3, ect.) ayant des durées de vie données. En particulier, certaines espèces ont des durées de vie dites ‘courtes’ définies telles que ces espèces réactives sont contenues dans le plasma formé, tandis que d’autres espèces ont des durées de vie dites ‘longues’ définies telles que ces autres espèces réactives peuvent être déplacées en dehors du plasma formé.
Par exemple, et de façon non limitative, l’interaction du matériau cible avec un plasma peut modifier la mouillabilité de la surface du matériau cible par tout type de processus physique ou chimique incluant notamment et sans limitation le phénomène d’abrasion (ou dégraissage), de dépôt, de fonctionnalisation, de greffage, ou encore de réticulation. Selon un autre exemple, l’interaction du matériau cible avec un plasma contenant des nanoparticules peut modifier la réfraction optique ou la fluorescence de la surface du matériau cible par dépôt de couches minces.
En particulier, l’interaction du matériau cible avec un plasma peut induire localement, une production d’espèces réactives en surface, utilisées par exemple à des fins de décontamination du matériau cible .
Le matériau cible peut être un objet à grand rapport d’aspect ou de symétrie cylindrique, défini selon un diamètre noté . Le matériau cible peut être par exemple une fibre, un fil, un tube ou un capillaire. Le diamètre d’un tel matériau cible peut être par exemple caractérisé par une valeur maximale , c’est-à-dire que le diamètre est inférieur à la valeur maximale de diamètre . La valeur maximale peut-être égale à quelques millimètres. Par exemple et sans limitations, la valeur maximale peut être égale à 8 mm ( ).
Avantageusement, le matériau cible traité par le système de traitement de surface de matériaux 10 peut être utilisé pour la fabrication d’objets tissés multi-composites. De tels objets sont par exemple utilisés dans une application de l’invention au domaine biomédical ou au domaine de la cosmétique.
Le système de traitement de surface de matériaux 10 est associé à un référentiel donné, noté . Le matériau cible est apte à parcourir un trajetT, défini selon un vecteur unitaire de déplacement , entre un point de départAet un point d’arrivéeB, dans le repère . Le trajetTtraverse au moins le dispositif générateur plasma 200.
Dans certains modes de réalisation, le trajetTpeut en outre traverser partiellement ou entièrement le dispositif de transfert 100. Dans d’autres modes de réalisation, le trajetTne traverse pas le dispositif de transfert 100.
Dans les modes de réalisation où le trajetTtraverse au moins en partie le dispositif de transfert 100, le dispositif de transfert 100 et le dispositif générateur plasma 200 sont agencés « en série » dans le système de traitement de surface de matériaux 10. Dans un tel mode de réalisation, le trajetTpeut s’étendre donc entre un point de départA, situé en amont (ou à l’intérieur) du dispositif de transfert 100 et un point d’arrivéeB, situé en aval du dispositif générateur plasma 200, dans le repère , comme représenté sur la .
Dans des modes de réalisation, l’ensemble ou une partie du système de traitement de surface de matériaux 10 peut être compris dans une chambre (encore appelée ‘enceinte’) configurée pour contrôler des paramètres environnementaux tels que la pression, la température et l’humidité, mais aussi la qualité de l’air de la chambre ou encore la composition du gaz environnant. Par exemple et de façon non limitative, la pression dans la chambre peut être définie entre 0,5 atm et 5 atm (l’unité correspond à la pression atmosphérique normale), la température peut être définie entre 0°C et 50°C, et l’humidité entre 0% et 100%.
Le dispositif de transfert 100 et le dispositif générateur plasma 200 sont séparés l’un de l’autre d’une distance . La distance peut être positive, négative ou nulle. Cette distance est définie en fonction du matériau cible du traitement de surface, et du mode de réalisation utilisé pour l’implémentation des dispositifs 100 et 200.
Le dispositif de transfert 100 comprend un fluide et le dispositif générateur plasma 200 comprend un fluide . Ces fluides évoluent dans leurs dispositifs respectifs selon des paramètres caractéristiques (tels que par exemple le débit ou le sens d’écoulement du fluide). Dans certains modes de réalisation, les fluides et peuvent être identiques. Alternativement, les fluides et peuvent être différents et/ou posséder un ou plusieurs paramètres caractéristiques différents.
Chaque fluide et peut être un gaz ou un mélange de gaz dans lesquels et/ou à partir desquels un plasma peut être formé.
Par exemple, chacun des fluides et/ou peut être de l’air, de l’azote, de l’oxygène, etc. En variante, chaque fluide et/ou peut être un mélange de gaz. Dans les modes de réalisation où l’ensemble ou une partie du système de traitement de surface de matériaux 10 est compris dans une chambre, le fluide ou le fluide peut être défini par la composition du gaz environnant (ou ambiant) qui dépend de divers paramètres de contrôle de la chambre.
Dans des modes de réalisation, chaque fluide et/ou peut être un gaz rare, ou à un mélange de gaz rares (typiquement de l’hélium He, de l’argon Ar, du néon Ne etc.).
Les gaz (et/ou les gaz rares) utilisés peuvent comprendre en outre un ou plusieurs constituants minoritaires, c’est-à-dire ajoutés selon une faible concentration. Ces constituants peuvent être des gaz moléculaires correspondant par exemple à de l’oxygène O2, de l’hydrogène H2, de l’hexafluorure de soufre SF6, de l’azote N2et/ou à tout type de gaz résultant de la vaporisation d'un liquide, tel que la vapeur d’eau H2O. Un gaz moléculaire peut notamment être chargé ou non en nanoparticules (de nature métallique, diélectrique, etc.), ou en tous types de précurseurs tels que des précurseurs moléculaires de polymères.
Le dispositif générateur plasma 200 peut être configuré pour générer une colonne 202 de plasma froid formée à pression ambiante à partir du fluide et du fluide transféré du dispositif de transfert 100 vers le dispositif générateur plasma 200. Cette colonne de plasma 202 a une forme géométrique sensiblement oblongue, définie par une longueur et une largeur . Tel qu’utilisé ici, le terme « largeur » fait référence au diamètre de la colonne de plasma 202 en son centre comme représenté sur la figure 1. La forme géométrique est définie par un rapport , encore appelé « rapport d’aspect ». La forme géométrique étant oblongue, la valeur de la longueur de la colonne de plasma 202 est plus grande que la valeur de la largeur . Le rapport d’aspect de la colonne de plasma 202 est donc défini par l’équation (1):
Avantageusement, la longueur de la colonne de plasma 202 est définie selon un axe longitudinal colinéaire au vecteur de déplacement et la largeur est définie, selon un axe transverse perpendiculaire au vecteur de déplacement .
Ainsi, le matériau cible traverse la colonne de plasma 202, longitudinalement et suivant le trajetT. Une ou plusieurs propriétés de surface du matériau cible sont alors modifiées par l’interaction entre le matériau cible et la colonne de plasma 202.
Les figures 2 et 3 représentent un dispositif générateur plasma 200, selon des modes de réalisation et des exemples d’utilisation de l’invention. Le dispositif générateur plasma 200 est configuré pour générer une colonne de plasma 202 à partir d’un ou plusieurs fluides.
Le dispositif générateur plasma 200 peut comprendre un module 204 de contrôle et d’alimentation du fluide , un guide 206 de transport du fluide et un capillaire 208 de génération de la colonne de plasma 202.
Le module 204 de contrôle et d’alimentation du fluide peut comprendre une enceinte d’alimentation connectée à la source de fluide , et configurée pour alimenter le capillaire 208 en fluide au travers du guide 206. L’alimentation du fluide est alors contrôlée, par le module 204, selon des paramètres caractéristiques tels que des paramètres d’écoulement associés :
- au débit d’écoulement du fluide dans le guide 206 et/ou le capillaire 208, noté , ou encore,
- à la modulation d’écoulement du fluide , ce qui permet de générer un écoulement qui peut être continu ou discontinu (ou intermittent).
- au débit d’écoulement du fluide
- à la modulation d’écoulement
Par exemple, le guide 206 peut être parcouru par le fluide selon un débit compris entre et .
Dans des modes de réalisation, le module de contrôle et d’alimentation 204 peut être un dispositif de production de « jet plasma » obtenu à partir d’un gaz plasmagène, tel que décrit par exemple et de manière non limitative dans WO 2009/050240 et WO 2016/083539.
Dans un exemple de réalisation, un dispositif de production de « jet plasma » peut comprendre une enceinte d’alimentation connectée à une source du fluide dans laquelle sont logées une ou deux électrodes reliées à un générateur à haute tension (éléments non représentés sur les figures). Il est fait référence à la notion de « jet » plasma car le plasma se propage au-delà des électrodes de décharge au travers du flux du fluide . Dans ces modes de réalisation, le module de contrôle et d’alimentation 204 peut contrôler un autre paramètre caractéristique correspondant au paramètre de décharge (encore appelée « décharge impulsionnelle »). Une décharge impulsionnelle désigne une décharge discontinue de jet plasma dans le fluide et est définie par une fréquence de décharge .
Par exemple, la décharge impulsionnelle dans le fluide peut être définie de manière à obtenir un plasma froid dans la colonne de plasma 202, la fréquence de décharge étant choisie en fonction du matériau cible et du traitement de surface.
Les formes, dimensions et matériaux constitutifs du guide 206 de transport du fluide et du capillaire 208 de génération de la colonne de plasma 202 peuvent avantageusement dépendre du type de matériau cible et/ou de propriétés de surface du matériau cible à modifier.
Le guide 206 et/ou le capillaire 208 peuvent être réalisés dans un ou plusieurs matériaux rigides ou flexibles, parmi des matériaux diélectriques ou des matériaux conducteurs recouverts d’aucun, d’un ou plusieurs matériaux diélectriques. La colonne de plasma 202 se forme dans le capillaire 208 au niveau de matériaux diélectriques (ou de matériaux conducteurs dont l’intérieur du capillaire est recouvert de matériaux diélectriques).
Le guide 206 et/ou le capillaire 208 peuvent avoir une forme cylindrique. Le guide 206 peut en outre s’étendre transversalement par rapport à la direction du vecteur de déplacement , selon un angle quelconque. Dans de tels modes de réalisation, le dispositif générateur plasma 200 est appelé dispositif « en T ». Par exemple et de façon non limitative, l’angle peut être sensiblement égal à 90° de sorte que l’orientation du guide 206 peut être perpendiculaire à celle du capillaire 208. Ainsi, le matériau cible parcourant le trajetTtraverse longitudinalement le capillaire 208 et la colonne de plasma 202 générée.
Le capillaire 208 de génération de la colonne de plasma 202 peut comprendre un orifice d’entrée 208-01 configuré pour recevoir le matériau cible et un orifice de sortie 208-02 pour délivrer le matériau cible en sortie du capillaire 208, les orifices d’entrée et de sortie 208-01 et 208-02 étant positionnés sur le trajetT.
Tel que représenté en figures 2 et 3, le capillaire 208 peut être défini par son diamètre et sa longueur . Par exemple, le diamètre du capillaire 208 peut être compris entre 500 µm et 1 cm. En particulier, le diamètre du capillaire 208 peut être défini par rapport au diamètre du matériau cible , tel que , en prenant en compte certaines contraintes telles que par exemple des contraintes mécaniques de déplacement du matériau cible traversant longitudinalement le capillaire 208. Avantageusement, le diamètre du capillaire 208 peut être légèrement supérieur au diamètre du matériau cible , tel que , ce qui permet de générer une colonne de plasma 202 ayant un moindre coût énergétique.
En outre, le guide 206 peut être ou non positionné au milieu du capillaire 208 de longueur . Si le guide 206 est positionné au milieu du capillaire, le dispositif « en T » peut être symétrique. Sinon, le dispositif « en T » est dissymétrique. Par exemple, un dispositif « en T » dissymétrique peut comprendre un capillaire 208 défini par deux branches, appelées respectivement ‘branche longue’ de longueur et ‘branche courte’ de longueur , telles que et que . En variante, un dispositif « en T » dissymétrique peut comprendre un capillaire 208 comprenant deux branches définies par rapport à la position du guide 206, et ayant respectivement un grand diamètre et un petit diamètre , tel que .
Le guide 206 peut aussi être défini par son diamètre et sa longueur . En particulier, le diamètre du guide 206 peut être défini par rapport au diamètre du capillaire 208.
De manière plus générale, les paramètres , , et sont liés aux paramètres d’écoulement du fluide , à la nature du fluide ou encore à la décharge impulsionnelle dans le fluide . Ces paramètres peuvent influer sur les paramètres caractéristiques de formation de la colonne de plasma 202, comme par exemple sur son diamètre et sa longueur .
Par exemple, l’évolution du fluide dans le dispositif peut être caractérisée notamment par le paramètre de débit et la vitesse d’écoulement du fluide dans le capillaire 208 peut dépendre d’une condition relative au diamètre du guide 206 et au diamètre du capillaire 208. En particulier :
- si le diamètre du guide 206 est supérieur ou égal au diamètre du capillaire 208 ( ), le fluide s’écoulant du guide 206 vers le capillaire 208 subit une augmentation de vitesse d’écoulement dans capillaire 208, par rapport au guide 206, et
- alternativement, si le diamètre du guide 206 est strictement inférieur au diamètre du capillaire 208 ( ), le fluide subit une diminution de vitesse d’écoulement dans capillaire 208, par rapport au guide 206.
- si le diamètre
- alternativement, si le diamètre
Dans des modes de réalisation, le diamètre de la colonne de plasma 202 peut être tel que afin d’obtenir une certaine efficacité et homogénéité de traitement de surface du matériau cible .
Par exemple, la longueur de la colonne de plasma 202 peut être comprise entre 1 cm et 100 cm.
La longueur de la colonne de plasma 202 peut dépendre en outre de la nature du fluide . Par exemple et sans limitation, un gaz pur peut générer une longueur de la colonne de plasma 202 plus grande qu’un mélange de gaz générant une longueur de la colonne de plasma 202, tel que . Le fluide s’écoulant dans le capillaire 208 vers les orifices d’entrée et de sortie 208-01 et 208-02 se mélange avec l’air environnant (ou air ambiante ou gaz environnant ou encore gaz de la chambre) en dehors ou à l’intérieur le capillaire 208. Ainsi, les paramètres d’écoulement du fluide peuvent similairement influer sur la longueur ℒ de la colonne de plasma 202. La forte vitesse d’écoulement (ou fort débit) peut limiter le mélange du fluide avec l’air environnant et donc influer sur certaines caractéristiques de la colonne de plasma 202 générée. Par exemple, un dispositif 200 utilisant une forte vitesse d’écoulement dans le capillaire 208 peut générer un longueur de la colonne de plasma 202 plus grande qu’un dispositif 200 utilisant une faible vitesse d’écoulement dans le capillaire 208 générant une longueur de la colonne de plasma 202, tel que .
A titre d’exemple illustratif, la figure 2 représente un dispositif comprenant une colonne de plasma 202 maintenue dans le capillaire 208, tel que . La figure 3 représente un dispositif comprenant alternativement une colonne de plasma 202 s’étendant de part et d’autre des orifices d’entrée de sortie 208-01 et 208-02 capillaire 208, tel que .
Dans le mode d’utilisation de la figure 2, le fluide s’écoule du module 204 de contrôle et d’alimentation, dans le guide 206, puis traverse la colonne de plasma 202 selon des paramètres d’écoulement définis par exemple par la vitesse du fluide vers les orifices d’entrée et de sortie 208-01 et 208-02. La colonne de plasma 202 peut comprendre en particulier des espèces réactives ayant des ‘durées de vie longues’ et pouvant être emportées/déplacées en dehors du plasma formé selon le sens d’écoulement du fluide. Il en résulte un fluide modifié, noté alors fluide comprenant des espèces réactives. La longueur de ce fluide modifié dépend notamment de la durée de vie des espèces et du débit du fluide . Avantageusement, plus les diamètres impliqués sont petits, plus les vitesses de déplacement des espèces augmentent et plus le fluide et les espèces réactives peuvent atteindre de longues distances.
Le mode d’utilisation de la , montre une zone de propagation de la colonne de plasma 202 en dehors du capillaire 208, encore appelée « plume plasma » 202-02. La plume plasma 202-02 correspondant à la colonne de plasma 202 interagissant en dehors du capillaire 208 avec l’air ambiant par exemple. Les propriétés dites propriétés plasma de la plume plasma 202-02 et de la colonne de plasma 202 pouvant donc être différentes.
L’apport extérieur du fluide peut être réalisé par le dispositif de transfert 100. Par exemple et de manière non limitative, l’apport du fluide peut être réalisé au moyen :
- d’un autre dispositif générateur plasma tel que décrit en relation avec les figures 2 et 3 ; ou
- d’une enceinte connectée à une source de gaz plasmagène.
- d’un autre dispositif générateur plasma tel que décrit en relation avec les figures 2 et 3 ; ou
- d’une enceinte connectée à une source de gaz plasmagène.
La figure 4 représente le dispositif de transfert 100 et le dispositif générateur plasma 200 disposés en série, selon la forme de réalisation de l’invention dans lequel l’apport extérieur du fluide est réalisé au moyen d’un autre dispositif générateur plasma (tel que décrit en relation avec les figures 2 et 3).
Dans une telle forme de réalisation, le dispositif de transfert 100 peut comprendre les mêmes caractéristiques que le dispositif générateur plasma 200 décrit en relation avec les figures 2 et 3. Ainsi, le dispositif de transfert 100 peut être configuré pour générer une colonne de plasma 102 à partir d’un ou plusieurs fluides. Le dispositif de transfert 100 peut comprendre également un module de contrôle et d’alimentation 104 du fluide , un guide 106 de transport du fluide et un capillaire 108 de génération de la colonne de plasma 102, également de forme géométrique oblongue. Le dispositif de transfert 100 peut être un dispositif « en T » tel que l’orientation du guide 106 peut s’étendre sensiblement perpendiculairement à l’orientation du capillaire 108.
Tel que représenté en figure 4, dans certains mode de réalisation le matériau cible parcourant le trajetTpeut traverser longitudinalement et entièrement le capillaire 108 et la colonne de plasma 102 générée.
Alternativement, dans d’autres modes de réalisation (non représenté sur les figures), le matériau cible peut ne pas traverser le dispositif de transfert 100. Dans un tel mode de réalisation, le capillaire 108 et la colonne de plasma 102 générée peuvent par exemple avoir une direction transverse ou selon un angle donné par rapport à la direction longitudinale du trajetT.
Les dispositifs 100 et 200 peuvent être identiques et induire des fluides et identiques. En variante, les fluides et peuvent être différents et/ou les dispositifs 100 et 200 peuvent être différents ou comprendre un ou plusieurs paramètres caractéristiques différents associés au contrôle et à l’alimentation des fluides. A titre d’exemple, les débits d’écoulement des fluides et dans les capillaires 108 et 208 peuvent être égaux ou différents et/ou définis selon des modulations d’écoulement des fluides et différentes, identiques synchrones ou asynchrones. De même, les décharges impulsionnelles des modules 104 et 204 dans les fluides et peuvent être définies par des fréquences de décharge et/ou des modulations de fréquences de décharge et différentes, identiques synchrones ou asynchrones.
Dans ce mode de réalisation représenté en figure 4, le capillaire 108 comprend un orifice d’entrée 108-01 configuré pour recevoir le matériau cible et un orifice de sortie 108-02 configuré pour délivrer le matériau cible en sortie du capillaire 108. Les orifices d’entrée et de sortie peuvent donc être positionnés sur le trajetT. Dans ce cas, le matériau cible traverse le dispositif de transfert 100 et le dispositif générateur plasma 200 disposés en série, et le matériau cible traverse la colonne de plasma 102 et la colonne de plasma 202, longitudinalement, suivant le trajetT. Ainsi, une ou plusieurs propriétés de surface du matériau cible peuvent être modifiées par l’interaction entre le matériau cible et les colonnes de plasma 102 et 202.
La distance entre le dispositif de transfert 100 et le dispositif générateur plasma 200, représentée en figure 4, correspond à la distance entre l’orifice de sortie 108-02 du dispositif de transfert 100 et l’orifice d’entrée 208-01 du dispositif générateur plasma 200. Dans d’autres modes de réalisation, l’ordre des dispositifs peut être inversé sur le trajetT, de sorte que la distance représente la distance entre l’orifice de sortie 208-02 du dispositif générateur plasma 200 et l’orifice d’entrée 108-01 du dispositif de transfert 100.
Dans ces modes de réalisation, la distance entre les capillaires peut être choisie en fonction du type de matériau cible et du traitement de surface à appliquer. En particulier, la variabilité de l’espacement entre les capillaires 108 et 208 peut influer sur l’interaction entre les dispositifs 100 et 200, de sorte que le dispositif générateur plasma 200 puisse générer une colonne de plasma 202 à partir du fluide et du fluide .
Pour cela, dans l’exemple représenté sur la figure 4, le dispositif de transfert 100 peut être configuré pour générer une colonne de plasma 102 de longueur , de sorte qu’une plume plasma 102-02 sort de l’orifice de sortie 108-02. Le fluide comprend alors un jet plasma générant une colonne de plasma 102. L’espacement influe ainsi sur l’interaction (ou le mélange) de la plume plasma 102-02 avec :
- une plume plasma 202-02,
- la colonne de plasma 202,
- le fluide contenant des espèces réactives, et/ou
- le fluide .
- une plume plasma 202-02,
- la colonne de plasma 202,
- le fluide
- le fluide
En particulier, la plume plasma 102-02 peut atteindre le fluide déchargé dans le capillaire 208 (selon un angle quelconque défini par le trajetT) et ainsi générer une colonne de plasma 202 par transfert plasma, à partir d’un nouveau fluide résultant du mélange des fluides et . Dans cette zone d’interaction (ou de transfert), il est à noter que l’espacement peut aussi influer sur le traitement du matériau localement.
L’espacement peut notamment être négatif, nul ou positif. Un espacement négatif correspond notamment au cas où l’un des deux capillaires 108 ou 208 est inséré dans l’autre capillaire, en fonction de leurs diamètres respectif. En outre, un espacement positif peut être inférieur à une distance maximale notée (avec par exemple et sans limitation : ) correspondant à la limite haute d’interaction possible entre les plasmas et/ou fluides des deux dispositifs 100 et 200.
Dans les modes de réalisation utilisant un dispositif « en T » dissymétrique, le capillaire 208 du dispositif générateur plasma 200 peut comprendre deux branches de diamètres différents et . Avantageusement, la branche du capillaire 208 ayant le diamètre peut comprendre l’orifice d’entrée 208-01 positionnée à une distance de l’orifice de sortie 108-02 du dispositif 100 et la branche du capillaire 208 ayant le diamètre peut comprendre l’orifice de sortie 208-02 du matériau de sorte que le diamètre est défini pour s’adapter au mieux au diamètre . Un tel dispositif « en T » dissymétrique permet de minimiser les problèmes de transfert de flux dans la zone d’interaction entre les dispositifs 100 et 200, tout en limitant la consommateur d’énergie pour générer le plasma 202.
Les figures 5 à 7 représentent des modes de réalisation de l’invention dans lequel l’apport extérieur du fluide est réalisé au moyen d’une enceinte connectée à une source de gaz plasmagène.
La représente en particulier un agencement en série du dispositif de transfert 100 et du dispositif générateur plasma 200, selon de tels modes de réalisation de l’invention.
Le dispositif de transfert 100 peut être composé d’une enceinte (ouverte ou close) comprenant un fluide (par exemple un gaz plasmagène, comme décrit ci-avant) et/ou une source de fluide . L’enceinte comprend en outre un orifice de sortie 102-02 du matériau cible , positionné sur le trajetT. La source de fluide peut être configurée pour contrôler l’alimentation du fluide , selon des paramètres caractéristiques tels que le débit d’écoulement du fluide dans l’enceinte ou à travers orifice de sortie 102-02.
Le point de départAdu trajetTdu matériau cible peut être localisé à l’intérieur de l’enceinte du dispositif de transfert 100. Alternativement, le point de départApeut être localisé à l’extérieur de l’enceinte du dispositif de transfert 100 de sorte que le trajetTdu matériau cible traverse le dispositif de transfert 100. Le dispositif de transfert 100 peut alors comprendre également un orifice d’entrée 102-01 du matériau cible , positionné sur le trajetT.
La distance entre le dispositif de transfert 100 et le dispositif générateur plasma 200 est positive, négative ou nulle. Dans des modes de réalisation, comme représenté sur les figures 5, 6 ou 7 par exemple, le dispositif de transfert 100 peut être ainsi accolé au dispositif générateur plasma 200 par une connexion coïncidant avec l’orifice de sortie 102-02 du dispositif de transfert 100 et l’orifice d’entrée 208-01 du dispositif générateur plasma 200. La connexion positionnée sur le trajetTcoïncidant avec l’accolement des dispositifs 100 et 200 sera notée ci-après .
La connexion a une forme spécifique et une ouverture de diamètre par laquelle le fluide est envoyé dans le capillaire 208 de génération de la colonne de plasma 202. La valeur minimale du diamètre peut être définie par rapport au diamètre du matériau cible , telle que . De la même manière, la valeur maximale du diamètre peut être définie par rapport au diamètre du capillaire 208 de génération de la colonne de plasma 202, telle que .
Comme représenté en figure 5, la connexion peut comprendre un orifice d’injection. Par exemple, le diamètre de l’orifice d’injection peut être compris entre 500 µm et 5 mm. Un tel orifice d’injection permet un apport simple du fluide , et le diamètre influe sur le débit d’écoulement du fluide. Dans des modes de réalisation, la connexion peut comprendre une unité de contrôle du diamètre de l’orifice d’injection permettant de modifier ou moduler le flux du fluide vers le dispositif 200. Par exemple, cette unité de contrôle peut comprendre un diaphragme ou un système à fente.
Le mode de réalisation de la figure 6 est similaire à celui de la figure 5 mais présente une connexion ayant une forme comprenant une surface dite « défilante », qui peut être avantageusement structurée, texturée ou poreuse. La forme spécifique de la connexion tel que représenté sur la figure 6 peut être à titre d’exemple une buse de connexion comprenant un cône d’injection d’angle , et un orifice d’injection de longueur notée Δ, selon le diamètre . Par exemple, l’angle du cône d’injection peut être compris entre 30° et 50°, et la longueur de l’orifice d’injection peut être compris entre 1 mm et 20 mm.
Avantageusement, la surface défilante induit un entraînement du fluide vers le capillaire 208 du dispositif générateur plasma 200 pour induire la génération de la colonne de plasma 202. Une connexion en forme de buse d’injection permet en outre un apport plus complexe du fluide , induisant par exemple une accélération de la vitesse du fluide et ainsi une augmentation du débit d’écoulement par rapport à un apport simple.
Le dispositif de transfert 100 peut comprendre en outre une ou plusieurs unités d’apport d’un ou plusieurs fluides additionnels au fluide (unités non représentées sur les figures). Ces fluides additionnels peuvent être de la vapeur, du brouillard de microgouttelettes et/ou des microparticules ou nanoparticules ou des poudres. Par exemple, et de façon non limitative, ces fluides additionnels peuvent être produits par évaporation, nébulisation ou fumée ; une unité d’apport de fluide additionnel pouvant être alors un évaporateur, un nébuliseur, etc. Une unité d’apport de fluide additionnel peut être configurée pour injecter un fluide additionnel et/ou le fluide de façon contrôlée au niveau de la connexion .
La figure 7 représente une zone de mélange entre un dispositif de transfert 100 et un dispositif générateur plasma 200 disposés en série, selon un autre mode de réalisation de l’invention. Cette zone de mélange se situe au début du capillaire 208 de génération de la colonne de plasma 202 sur le trajetT.
Avantageusement, le contrôle du mélange des fluides et dans la zone peut être amélioré par l’utilisation de décharges impulsionnelles du module 204 selon une fréquence de décharge dans le fluide . Cette fréquence de décharge dans le fluide est telle qu’elle induit un entraînement du fluide selon un processus fluidodynamique (i.e. relatif à la dynamique des fluides) et électrodynamique, qui peut dépendre du débit du fluide dans le capillaire 208. Tel que représenté en figure 7, le processus fluidodynamique et électrodynamique peut induire l’écoulement du fluide le long des parois du capillaire 208 dans la zone de mélange .
Dans l’exemple non limitatif représenté en figure 7, la forme spécifique de la connexion est un orifice de connexion tel que .
L’utilisation d’un dispositif 100 et d’un dispositif 200, agencés en série, permet notamment un prétraitement du matériau cible dans le dispositif 100 avant un traitement plasma consécutif dans le dispositif 200, induisant une efficacité de traitement de surface du matériau cible .
La représente un dispositif de transfert 100 et deux dispositifs générateurs plasma 200-1 et 200-2 disposés en série, selon d’autres modes de réalisation de l’invention.
Dans de tels modes de réalisation, le dispositif de transfert 100 est un dispositif similaire au dispositif générateur plasma décrit en relation avec les figures 2 et 3. Le dispositif de transfert 100 est ainsi réalisé sous la forme d’un dispositif comprenant un module de contrôle et d’alimentation 104, un guide 106 et un capillaire 108. Le module 104 peut être notamment un dispositif de production de jet plasma permettant de générer une colonne de plasma dans le capillaire 108 à partir d’un fluide .
Dans l’exemple représenté sur la figure 8, les dispositifs générateurs plasma 200-1 et 200-2 comprennent des capillaires 208 symétriques par rapport au dispositif de transfert 100 et positionnés respectivement en entrée et en sortie du capillaire 108. Le matériau cible parcourant le trajetTpeut traverser un ou plusieurs de ces capillaires 108 et/ou 208.
Les capillaires 208 comprennent un fluide , par exemple de l’air. Les capillaires 208 peuvent être constitués d’au moins deux parties 208-03 et 208-04 réalisées dans des matériaux différents. Par exemple, tel qu’illustré sur la figure 8, la surface intérieur du capillaire 208 de la partie 208-03 peut être réalisée en un matériau conducteur ne permettant pas la propagation de la colonne plasma 102 dans les dispositifs générateur plasma 200-1 et 200-2. Avantageusement, les « parties conductrices » 208-03 des capillaires 208 peuvent être totalement métalliques. Le flux du fluide , comprenant des espèces réactives, suit l’écoulement dans les capillaires 208 mis en série avec le capillaire 108, selon un espacement (espacement nul dans l’exemple de la ). Par ailleurs, la surface intérieure du capillaire 208 de la partie 208-04 peut être réalisée en un matériau diélectrique, ce qui permet la génération des colonnes de plasma 202 au niveau de ces « parties diélectriques » 208-04 des capillaires 208. Il est à noter que le plasma de la colonne plasma 102 est conducteur et peut être capable d’appliquer une tension aux parties conductrices 208-03 accolées au capillaire 108. Cette tension appliquée permet notamment la régénération de plasma en colonnes de plasma 202 à l’autre extrémité des parties conductrices 208-03 (c’est-à-dire au niveau des parties diélectriques 208-04), ainsi que le transport des espèces réactives ayant des ‘durées de vie longues’ à travers ces parties conductrices 208-03.
Dans certains modes de réalisation, la partie conductrice 208-03 et la partie diélectrique 208-04 d’un capillaire 208 peuvent avoir des diamètres égaux ou différents respectivement notés et . Une variation des diamètres et , telle que par exemple ou , peut induire un ralentissement ou une accélération du flux du fluide , dans le capillaire 208 pour respectivement ralentir ou accélérer le temps de résidence des espèces réactives dans une partie diélectrique 208-04. De manière équivalente, la partie conductrice 208-03 et la partie diélectrique 208-04 d’un capillaire 208 peuvent avoir des longueurs égales ou différentes.
Dans des modes de réalisation, d’autres capillaires 208-i similaires peuvent être accolés aux capillaires 208 déjà présents. Les capillaires 208 déjà présents remplissent alors le rôle de dispositif de transfert 100 pour ces autres capillaires 208-i. Un dispositif complexe peut être réalisé en utilisant un seul dispositif de production de jet plasma, et un ou plusieurs capillaires 208. Chaque capillaire comprend alors des parties formées dans un ou plusieurs matériaux diélectriques et des parties formées dans un ou plusieurs matériaux conducteurs. Un tel dispositif complexe peut générer une multitude de plasmas de forme oblongue dans les parties diélectriques des capillaires. Cette multitude de plasmas forme alors un plasma dit « plasma intermittent » ayant une longueur équivalente . Avantageusement, une telle configuration comprenant d’autres capillaires 208-i permet le traitement du matériau cible sur une très grande longueur tout en réduisant le consommation d’énergie par rapport à un dispositif formant un plasma « continu » ayant une grande longueur .
En outre, cette multitude de plasmas peut présenter une géométrie définie selon la complexité de la disposition des différents capillaires. Par exemple, au moins deux capillaires peuvent être raccordées entre eux en un point, selon des angles de raccordement quelconques, compris notamment entre 0° et 180°. En outre, les colonnes de plasma générées dans un tel dispositif peuvent être de nature identique ou différente en fonction des géométries appliquées et des fluides contenus et/ou apportés dans ces différentes parties. Avantageusement, une telle configuration (non représentée sur les figures) comprenant une ou plusieurs géométries complexes de raccordement de trois ou plus capillaires 208-i, selon des angles de raccordement quelconques (par exemple 90°), permet la formation de multiples plasmas intermittents à partir d’un seul dispositif de transfert 100 similaire au dispositif générateur plasma décrit en relation avec les figures 2 et 3.
La représente un dispositif de traitement liquide de matériaux 700 contenant une solution à l’état liquide 702.
La solution 702 peut être toute solution chimique déjà exploitée pour le traitement des matériaux. En particulier, la solution 702 peut contenir un ou plusieurs liquides ou gels traités par plasma et adaptés au traitement recherché. Par exemple, la solution peut être une ‘Eau Activée par Plasma’ (EAP ou PAW, acronyme pour l’expression anglo-saxonne correspondante ‘Plasma Activated Water’), un ‘Liquide Activé par Plasma’ (LAP ou PAL, acronyme pour l’expression anglo-saxonne correspondante ‘Plasma Activated Liquid’), une ‘Solution Activée par Plasma’ (SAP ou PAS, acronyme pour l’expression anglo-saxonne correspondante ‘Plasma Acitvated Solution’), un ‘Milieu Activé par Plasma’ (MAP ou PAM, acronyme pour l’expression anglo-saxonne correspondante ‘Plasma Activated Medium’) ou un ‘Gel Activé par plasma’ (GAP ou PAG, acronyme pour l’expression anglo-saxonne correspondante ‘Plasma Activated Gel’).
Ce dispositif de traitement de matériaux en présence de liquide ou de gel 700 peut être par exemple une cuve de traitement, de dépôt ou de modification de surface par immersion du matériau cible dans la solution 702.
Selon certains modes de réalisation, un tel dispositif 700 peut être inséré dans le système de traitement de surface de matériaux 10 et disposé en série par rapport au dispositif de transfert 100 et au dispositif générateur plasma 200. Cette disposition peut s’effectuer selon différentes configurations, à n’importe quel endroit de la chaîne de traitement du système 10 sur le trajet du matériau cible .
Une première configuration de disposition du dispositif 700 peut être définie par le positionnement du dispositif 700 en amont du dispositif générateur plasma 200. Cette configuration permet un dépôt de liquide et/ou de gel en surface du matériau cible puis un traitement consécutif pour des applications de modification de la surface des matériaux par plasma. Par exemple, dans le domaine de la fonctionnalisation des fibres optiques, une telle configuration permet de déposer une gaine de protection.
Une seconde configuration de disposition du dispositif 700 peut être définie par le positionnement du dispositif 700 en aval du dispositif générateur plasma 200. Cette configuration de fixer des molécules en surface du matériau cible suite à un traitement plasma précédent. En effet, il est à noter que les traitements de surface de matériaux par interaction plasma peuvent être des traitements qui évoluent dans le temps définis selon par exemple un intervalle de temps , dépendant du matériau cible et des propriétés de surface traitées. Afin de fixer certains traitements par plasma, le matériau cible peut subir un traitement liquide de matériaux 700 dans cet intervalle de temps . Ainsi une telle configuration des dispositifs permet un agencement optimal des traitements plasma et par solution à l’état liquide 702.
La figure 10 représente, un système de traitement de surface de matériaux 10 selon des modes de réalisation, comprenant un matériau cible traversant des éléments constitutifs 10-01, 10-02, 10-03, 10-04 et 10-05, entre le point de départAet le point d’arrivéeB.
Le matériau cible peut être par exemple un matériau apte à être embobiné d’une part dans une bobine de départ au pointAet d’autre part dans une bobine d’arrivée au pointB, tel que par exemple une fibre, un fil, un tube ou un capillaire. Chacune de ces deux bobines est apte à être déroulée et enroulée, de manière à permettre un parcours du matériau cible le long du trajetT, selon une vitesse définie en fonction du traitement de surface à appliquer au matériau cible par interaction plasma.
Dans des modes de réalisation, le système de traitement de surface de matériaux 10 (et donc les deux bobines de départ au pointAet d’arrivée au pointB) est configuré pour que le matériau cible traverse au moins une fois les éléments constitutifs 10-01, 10-02, 10-03, 10-04 et 10-05. Par exemple et sans limitation, le parcours du matériau cible peut être un aller-retour tel que le matériau cible traverse une première fois les éléments constitutifs 10-01, 10-02, 10-03, 10-04 et 10-05, puis une seconde fois les éléments constitutifs 10-05, 10-04, 10-03, 10-02 et 10-01.
Lors de la traversée du dispositif générateur plasma 200 par le matériau cible , l’interaction avec le plasma froid généré peut avoir lieu de manière statique ou au défilé. Une interaction statique est définie par la génération de la colonne plasma 200 lorsque le matériau cible est à l’arrêt dans le capillaire 208 : la vitesse du matériau cible est alors nulle ( ). Similairement, une interaction au défilé est définie par la génération de la colonne plasma 200 lorsque le matériau cible est en mouvement : la vitesse du matériau cible peut alors être comprise entre une valeur minimale et une valeur maximale .
Dans d’autres modes de réalisation, le matériau cible peut être un objet, à grand rapport d’aspect comprenant une longueur d’objet faible par rapport à la taille du trajetT. Le matériau cible peut se déplacer sur un tapis de défilement allant d’un point de départAà un point d’arrivéeB, selon une vitesse définie en fonction du traitement de surface à appliquer.
La vitesse du matériau cible le long du trajetTpeut être limitée par une valeur maximale définie par la limite maximale de déplacement du matériau cible . En particulier, une telle vitesse maximale peut être déterminée à partir d’un temps de résidence minimale. Ce temps de résidence minimale est défini par la durée minimal d’interaction plasma du matériau cible pour obtenir le traitement de surface à appliquer.
De la même manière, la vitesse du matériau cible le long du trajetTpeut être limitée par une valeur minimale définie par la limite minimale de déplacement du matériau cible dans le cas d’une interaction au défilé. En particulier, une telle vitesse minimale peut être déterminée à partir d’un temps de résidence maximal du matériau cible dans une colonne de plasma produite. Ce temps de résidence maximal est défini par la durée maximale d’interaction plasma pour ne pas endommager le matériau cible ou produire un autre traitement de surface non désiré.
Avantageusement, le système peut comprendre une pluralité de dispositifs 200 générant une pluralité de colonnes de plasma 202 disposées en série, avec ou sans dispositifs de transfert 100. Une telle implémentation permet par exemple de réaliser de multi-traitements de surface ou encore de diminuer le temps de résidence dit « local » du matériau cible dans une colonne plasma spécifique, tout en garantissant un temps de résidence dit « global » suffisant pour induire le traitement de surface à appliquer. Par exemple, pour des fibres naturelles dont temps de résidence local est très faible, une telle implémentation permet un refroidissement du matériau cible entre deux interactions plasma. Alternativement, une telle implémentation permet un chauffage par plasma du matériau cible permettant par exemple une dilatation du matériau puis un traitement de surface consécutif, évitant ainsi des problèmes connus de matériaux traités subissant en cours d’application des étirements résultant d’une perte de leur fonctionnalisation.
Dans des modes de réalisation, la vitesse du matériau cible peut varier au cours du temps, pendant le déplacement du matériau cible dans le système 10. Par exemple, si les propriétés initiales du matériau cible évoluent au cours du déroulé de la bobine de départ et/ou si les propriétés à modifier doivent évoluer au cours du traitement.
Avantageusement, les différents éléments constitutifs 10-01, 10-02, 10-03, 10-04 et 10-05 peuvent être n’importe quels dispositifs de traitement des matériaux ou de surface des matériaux. Par exemple, et de façon non limitative, un élément constitutif peut être un dispositif tel que décrit précédemment, c’est-à-dire un dispositif « en T », une enceinte, ou un dispositif de traitement liquide de matériaux. Les éléments constitutifs peuvent notamment être interchangeables pour adapter aisément le traitement de surface du matériau cible en fonction de la fonctionnalité recherchée, selon l’application de l’invention.
Dans le mode de réalisation de la figure 10, l’élément 10-01 est une enceinte comprenant un fluide noté , similairement à l’enceinte représentée sur les figures 5, 6 et 7. Les éléments 10-02, 10-03 et 10-05 sont par ailleurs des dispositifs générateurs plasma comprenant respectivement les fluides, notés , et , similaires aux générateurs plasma représentés sur les figures 2, 3 et 4. L’élément 10-04 est un dispositif de traitement de matériaux en présence de liquide ou de gel 700, similaire au dispositif de traitement liquide représenté sur la .
L’élément 10-01 est ainsi un dispositif de transfert 100 par rapport à l’élément 10-02, et le fluide est injecté dans l’élément 10-02 pour créer la première colonne de plasma 12 que traverse le matériau cible . De la même façon, l’élément 10-02 peut être un dispositif de transfert 100 par rapport à l’élément 10-03 (en fonction de l’espacement entre les éléments 10-02 et 10-03), et le fluide (ou résultant du mélange des fluides et ) est injecté dans l’élément 10-03 pour créer la seconde colonne de plasma 14 que traverse le matériau cible . L’élément 10-03 peut être un dispositif de transfert 100 par rapport à l’élément 10-05 (en fonction de la structure de l’élément 10-04 et de l’espacement entre les éléments 10-03 et 10-05), et le fluide (ou résultant du mélange des fluides et ) est injecté dans l’élément 10-05 pour créer la troisième colonne de plasma 16 qui est traversée par le matériau cible .
Les modes de réalisation de l’invention permettent ainsi la génération de plasmas atmosphériques multiples et homogènes sur de grandes longueurs. Ces plasmas froids sont générés en utilisant des mélanges généralement impossibles à obtenir à partir d’autres techniques de traitement plasma connues de l’homme du métier. De tels mélanges comprennent par exemple des pourcentages élevés d’azote ou d’oxygène dans des gaz rares. Ces plasmas sont particulièrement adaptés pour des traitements plasma consécutifs et homogènes de matériaux à très grand rapport d’aspect.
Les différents dispositifs selon les modes de réalisation permettent une grande facilité de génération et de combinaison de plasmas de composition différentes à la suite les uns des autres. En outre, le système permet une grande facilité d’injection d’aérosols, de microgouttelettes, de vapeurs spécifiques ou de nanomatériaux en dehors des dispositifs générateurs plasma, ainsi qu’une combinaison de ces traitements plasma avec des traitements par liquide (ou aérosols, ou microgouttelettes). Le système de traitement selon les modes de réalisation de l’invention permet un traitement optimal d’un matériau d’un pointAà un pointB, en un seul passage sur le trajetT.
La est un organigramme décrivant le procédé de fabrication d’un objet à partir d’un système de traitement de surface de matériaux 10, selon des modes de réalisation de l’invention.
A l’étape 902, le fluide est transféré du dispositif de transfert 100 vers le dispositif générateur plasma 200.
A l’étape 904, la colonne 202 de plasma froid à pression atmosphérique est générée par le dispositif générateur plasma 200 à partir du fluide et du fluide .
A l’étape 906, le matériau cible traverse le dispositif générateur plasma 200, selon le trajetT, au moins pendant que la colonne de plasma 202 est générée. Au cours de l’étape 904 ou de l’étape 902, le matériau cible peut en outre traverser le dispositif de transfert 100 en fonction du trajetTdéfini.
Le procédé peut en outre comprendre une étape 908 consistant à appliquer des décharges impulsionnelles par le module 204 (et/ou le module 104 selon les modes de réalisation) dans le fluide (et/ou dans le fluide ), de façon discontinue selon une fréquence de décharge (et/ou fréquence de décharge ) comprise par exemple entre et .
L'homme du métier comprendra aisément que les étapes 902, 904, 906 et 908 peuvent être réalisées de manière simultanée et/ou selon un ordre défini en fonction du matériau cible et des propriétés de surface à appliquer.
Dans certains modes de réalisation, plusieurs systèmes de traitement de surface de matériaux 10 peuvent être agencés, en parallèle, en un système complet de fabrication d’objets (non représenté sur les figures). Ce système complet peut par exemple comprendre systèmes configurés pour traiter la surface de matériaux cible . Le système complet peut comprendre en outre une unité de combinaison des matériaux cible en sortie des systèmes de traitement de surface.
Les matériaux cible peuvent notamment être des matériaux différents ou identiques, et/ou nécessitant des traitements de surface différents ou identiques. Les systèmes de traitement de surface peuvent comprendre les mêmes ou différents éléments constitutifs. Les éléments constitutifs peuvent être agencés de façon identique ou interchangés, selon les traitements à appliquer dans les systèmes.
Le procédé de fabrication d’un objet peut ainsi comprendre une étape supplémentaire de combinaison des matériaux cible après leur traitement de surface par les systèmes.
La combinaison des matériaux cible peut être par exemple un tissage d’un ensemble de fibres ou fils, de tubes ou de capillaires. L’unité de combinaison est alors une unité de tissage.
Un tel système complet est parfaitement adapté au tissage multifibres ou à la fabrication de matériaux avec jonction. En particulier, ce système complet présente l’avantage de ne pas présenter de problèmes d’ombrage rencontrés dans le traitement de surface d’ensembles de pièces, fibres ou fils déjà combinés ou tressés avant traitement.
Dans des modes de réalisation, un système de traitement de surface 10 peut comprendre matériaux cible aptes à parcourir trajetsTdifférents au sein du système 10. Le nombre de matériaux cible peut être inférieur, supérieur ou égal au nombre de trajetsTdifférents au sein du système 10. Dans ce cas, le système 10 peut comprendre en outre une unité de combinaison des matériaux cibles en sortie du système de traitement de surface, telle que décrit ci-avant. Ces modes de réalisation, avec matériaux cible aptes à parcourir trajetsTdifférents, peuvent être associés aux modes de réalisation relatifs au système complet de fabrication d’objets comprenant plusieurs systèmes de traitement de surface de matériaux 10 pour la fabrication d’objets tissés ou combinés.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-avant à titre d’exemple non limitatif. Elle englobe toutes les variantes de réalisation qui pourront être envisagées par l'homme du métier. En particulier, l’homme du métier comprendra que l’invention n’est pas limitée aux dispositifs de transfert 100 et aux dispositifs générateur plasma 200 décrits à titre d’exemple non limitatif.
Claims (10)
- Système de traitement de surface de matériaux (10), comprenant un matériau cible (
- Système de traitement de surface de matériaux, selon la revendication 1, dans lequel le matériau cible (
- Système de traitement de surface de matériaux, selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif générateur plasma (200) comprend un capillaire (208) de génération de ladite colonne plasma (202), ledit capillaire (208) comprenant un orifice d’entrée (208-01) configuré pour recevoir le matériau cible (
- Système de traitement de surface de matériaux, selon la revendication 3, dans lequel le dispositif générateur plasma (200) est un dispositif « en T », comprenant en outre un module (204) de contrôle et d’alimentation en fluide
- Système de traitement de surface de matériaux, selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de transfert (100) est un dispositif « en T » comprend un capillaire (108) et est configuré pour générer une colonne de plasma (102), ledit capillaire (108) comprenant au moins un orifice de sortie (108-02), ledit dispositif de transfert (100) et ledit dispositif générateur plasma (200) étant distants l’un de l’autre d’une distance
- Système de traitement de surface de matériaux, selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel le capillaire (208) du dispositif générateur plasma (200) comprend au moins une partie (208-03) réalisée en un matériau conducteur et au moins une partie (208-04) réalisée en un matériau diélectrique.
- Système de traitement de surface de matériaux, selon la revendication 4, dans lequel le matériau cible (
- Système de traitement de surface de matériaux, selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le matériau cible (
- Procédé de fabrication d’un objet à partir d’au moins un système de traitement de surface de matériaux (10), ledit système de traitement comprenant au moins un matériau cible (
- transférer (902) le fluide
- générer (904) une colonne de plasma froid à pression environnante au moyen dudit dispositif générateur plasma (200) à partir dudit fluide
- faire passer (906) ledit matériau cible (
- transférer (902) le fluide
- Procédé de fabrication d’un objet, selon la revendication 9, dans lequel l’étape (906) comprend en outre une étape consistant à faire passer le matériau cible (
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