WO2011001070A1 - Dispositif d'émission d'un jet de plasma à partir de l'air atmosphérique à température et pression ambiantes et utilisation d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif d'émission d'un jet de plasma à partir de l'air atmosphérique à température et pression ambiantes et utilisation d'un tel dispositif Download PDF

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WO2011001070A1
WO2011001070A1 PCT/FR2010/051285 FR2010051285W WO2011001070A1 WO 2011001070 A1 WO2011001070 A1 WO 2011001070A1 FR 2010051285 W FR2010051285 W FR 2010051285W WO 2011001070 A1 WO2011001070 A1 WO 2011001070A1
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WO
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cathode
assembly
anode
cathodic
plane
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/051285
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English (en)
Inventor
Nofel Merbahi
Mohammed Yousfi
Olivier Eichwald
Original Assignee
Universite Paul Sabatier Toulouse Iii
Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S.)
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Filing date
Publication date
Application filed by Universite Paul Sabatier Toulouse Iii, Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S.) filed Critical Universite Paul Sabatier Toulouse Iii
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/47—Generating plasma using corona discharges
    • H05H1/471—Pointed electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2245/00—Applications of plasma devices
    • H05H2245/30—Medical applications
    • H05H2245/32—Surgery, e.g. scalpels, blades or bistoury; Treatments inside the body

Definitions

  • the invention relates to a device for emitting a plasma jet from atmospheric air at a pressure and at ambient temperature, this device being adapted to form a self-projected plasma jet, that is to say not requiring, for this projection, the addition of a specific means for generating a gas flow.
  • Such a device for emitting a plasma jet can find applications in particular in the field of nanotechnologies where plasma surface treatment is required, in the biomedical field for plasma localized treatments, in particular for blood coagulation or for the establishment and / or maintenance of asepsis at the site of a surgical procedure, and / or in the field of surface treatment with a view to their depollution, biological decontamination or sterilization.
  • DBD dielectric barrier discharge
  • Such a device comprises two electrodes which are subjected to a potential difference and which are traversed by an argon flow having a displacement speed estimated at about 500.degree.
  • Such a solution involves providing means for storing argon under pressure and introducing a flow of argon flowing between the two electrodes.
  • a solution poses practical problems related to the use of a gas under pressure, and does not produce a plasma of atmospheric air self-projected at ambient pressure and temperature.
  • a second type of known solution similar to the previous one, consists of forming a plasma of the "crown plasma” type between two coaxial electrodes separated by a volume of insulating gas.
  • Pointu et al. (2005) (Sharp AM, Ricard A., Dodet B., Odic E., Langle J. and Petchu MG, (2005), J. Phys D Appl Phys 38, 1905-1909; in N 2 -O 2 flowing post-discharges and atmospheric pressure for sterilization ”) describes a process for sterilization by a cold plasma produced during a treatment of a preformed gas stream of nitrogen and oxygen by a pulsed crown discharge at 10 kHz generated between two electrodes. Such a sterilization process requires external means for forming a gas flow. It does not allow the formation of a self-projected plasma from atmospheric air at atmospheric pressure.
  • US 7,229,589 discloses a method of decontaminating a surface in which a flow of pre-pressurized molecular nitrogen is subjected to a pulsed discharge so as to treat the gas flow by discontinuous discharges.
  • a decontamination process requires means for preparing high purity molecular nitrogen and pressurization prior to the decontamination treatment, and does not generate a self-projected plasma jet from atmospheric air at pressure. atmospheric.
  • the invention aims to overcome the disadvantages mentioned above by proposing a device adapted to emit a cold plasma jet, in particular by corona discharge, which does not require additional specific member for establishing a flow of gas between electrodes.
  • the invention aims to provide such a device adapted to be used in atmospheric air and requiring no means for evacuation or pressurization of the inter-electrode space.
  • the invention also aims at providing a device adapted to emit a cold plasma jet at a distance from the discharge (that is to say, in the near after discharge), and which is therefore substantially free of ionic excited species, and rich in radiative and / or metastable neutral excited species, in particular radicals.
  • the invention aims in particular to provide such a device capable of forming a cold plasma jet from atmospheric air at atmospheric temperature and pressure.
  • the invention also aims to achieve all these objectives at lower cost, by proposing a cold plasma jet emission device, which is low cost and made from means - especially electronic and electrical components - usual and cheap.
  • the invention also relates to the use of a device according to the invention in the field of surface treatment.
  • the invention also aims at providing such a device which is particularly suitable for surface treatment, and a method of treating a surface to be treated in which a device according to the invention is used, this method being simple in its implementation. at least comparable to that of known methods.
  • the invention is more particularly to provide such a device and such use whose implementation is safe for the user.
  • the invention also aims at providing such a device and such a use for the treatment of a surface to be treated that are more efficient and are environmentally friendly.
  • the invention further aims to achieve these objectives by preserving the work habits of staff. It aims in particular to provide such a device that is easy to use, and imply for its implementation that little manipulation.
  • the invention relates to a device for transmitting a plasma jet at ambient pressure and temperature, comprising an electric field generator capable of generating discharges between an anode assembly and a cathode assembly, in which: the cathode assembly is shaped so as to define a dielectric space, called inter-cathodic space:
  • said cathodic opening is defined by at least one edge, called the active edge, of the cathode surface, the said active edge (s) extending in a plane, called the cathodic opening plane; ,
  • the anode assembly comprises at least one portion, said pointed portion, having a minimum radius of curvature, oriented towards the outside of the inter-cathodic space and disposed laterally and in depth with respect to the cathode opening of the cathodic assembly;
  • said device being characterized in that the pointed portion of the anode assembly is arranged to extend to the cathodic aperture plane, and so as to cause an emission of a plasma jet spontaneously projected according to a predetermined orientation to the outside of the inter-cathode space.
  • the electric field generator is connected to the anode assembly and to the cathode assembly so as to produce an electric field capable of generating the plasma jet. To do this, this electric field must have a higher potential value at the anode assembly and a lower potential value at the cathode assembly. When these potential conditions are satisfied, the plasma jet is emitted.
  • the electric field generator is adapted to apply potentials of constant predetermined values (continuous or pulsed) to the anode and cathode assemblies.
  • the electric field has invariable polarity, in particular non-alternating polarity.
  • anode or “anode assembly” denote an electrode or, respectively, a set of electrodes placed at the highest potential of the electric field generated by the electric field generator (continuous or pulsed).
  • cathode or “cathode assembly” denote an electrode or, respectively, a set of electrodes placed at the lowest potential of an electric field generated by the electric field generator, in particular corresponding to the potential of the mass. (normally that of the earth).
  • the voltage generator is selected from the group consisting of DC voltage generators and pulsed voltage generators, in particular forming a pulsed field of frequency between 1 kHz and 100 kHz.
  • the voltage generator is adapted to deliver between the anode assembly and the cathode assembly a voltage of between 0.5 kV and 20 kV.
  • the inter-cathode space is a cavity that extends between cathodic surface portions (walls) of an electrically conductive material of the cathode assembly.
  • the inter-cathode space is inscribed within the cathode assembly, said cathode assembly opening outwards from the inter-cathode space through the cathode opening.
  • the inter-cathode space is filled with material, for example by atmospheric air at atmospheric pressure and at ambient temperature. However, it is also possible that the inter-cathode space is occupied by any other gas or dielectric gas composition, or by a solid dielectric.
  • a device according to the invention further comprises means for introducing a gas composition into the inter-cathode space of the cathode assembly.
  • Such means are however not necessary for the formation and emission of the self-projected cold plasma jet. They may, however, make it possible to produce a self-projected plasma jet containing excited species obtained from gaseous species other than those of atmospheric air. Nevertheless, in this variant, the plasma jet produced is not assured solely by the introduction of said gas composition.
  • the pointed portion of the anode assembly is oriented toward the outside of the inter-cathode space so as to form a self-projected cold plasma jet in the space extending beyond the cathode aperture, to the outside of the inter-cathodic space, opposite the anodic set.
  • the minimum radius of curvature of the pointed portion of the anode assembly is not oriented towards a cathode surface of the cathode assembly, but in a non-intersecting direction to a cathode surface, in particular in a direction substantially perpendicular to a plane defined by the cathodic opening of the cathodic assembly.
  • the pointed portion of the anode assembly may be a simple tip of symmetrical shape of revolution, that is to say in the form of actual tip.
  • the pointed portion of the anode assembly may also be non-symmetrical of revolution with a minimum radius of curvature in section in a single plane, and a different curvature in any other plane.
  • the expression "pointed portion” also encompasses embodiments in which the pointed portion of the anode assembly is a simple ridge, more or less long, rectilinear or curved, extending longitudinally at the surface of the anode assembly and having in transverse cross-section, a minimum radius of curvature oriented towards the outside of the inter-cathode space.
  • the inventors have surprisingly found that the application of a positive high voltage to the anode assembly comprising a pointed portion having a minimum radius of curvature arranged as indicated above with respect to the cathode opening, not only makes it possible to form a generation discharge of activated species from atmospheric air, at ambient pressure and temperature, but also allows, without the use of any specific external means of gas flow production in the inter-cathodic space of form a self-projected cold plasma jet directed towards the outside of the intercathodic space.
  • the formation of a self-projected cold plasma jet directed towards the outside of the inter-cathode space occurs well in the presence of an anode assembly and a cathode assembly. adapted to form a discharge-in particular a discharge corona- and opposite the pointed portion of the anode assembly (where the excited species-and therefore substantially nonionic-are produced), out of the intercathodic space and in a direction substantially perpendicular to the cathodic aperture plane.
  • the formation of a self-projected cold plasma jet does not occur (as in the devices of the state of the art) by forming an electric arc - between an anode assembly and a cathodic assembly and in which the ionic species formed are attracted by the cathode assembly.
  • the self-projected cold plasma jet is produced from the pointed portion of the anode assembly and in a direction substantially parallel to the minimum radius of curvature of said pointed portion.
  • the inventors have observed the formation of a luminous halo extending from the pointed portion of the anode assembly towards the outside of the inter-cathode space over a distance of the same order of magnitude as the distance separating the anode assembly from the cathode assembly of the device.
  • This luminous halo reveals the formation of molecular species in excited radiative states, the de-excitation transition of which is accompanied by the emission of photons, said excited molecular species being projected towards the outside of the interstellar space. -cathodique.
  • This jet of plasma gas self-projected result from the formation of a wind of ionic particles, consisting of a mixture of charged particles, set in motion and accelerated by the electric field formed between the anode assembly and the cathode assembly , a part of which would transmit its momentum to neutral particles during elastic shocks, leading to the emission of a self-projected plasma jet from atmospheric air, at ambient pressure and temperature.
  • the spontaneous production of this stream of plasma material extending over a distance of several centimeters, beyond the luminous halo was observed and measured by means of an anemometer.
  • Such a device makes it possible to form, from and in the immediate vicinity of the pointed portion of the anode assembly, an electric field leading to the formation of a self-projected plasma jet towards the outside of the internal space. cathode of the device, out of the inter-cathodic space.
  • the formation of a self-projected cold plasma jet directed towards the outside of the inter-cathode space does not require the addition of a specific external device for the production of a flow of a gaseous composition in the inter-cathodic space.
  • the pointed portion of the anode assembly is arranged to extend to the cathodic aperture plane without exceeding it (tangent to the cathodic aperture plane).
  • the cathodic opening plane extends tangentially to the pointed portion of the anode assembly.
  • the cathodic opening plane extends tangentially to the pointed portion of the anode assembly and perpendicular to the radius of curvature of said pointed portion.
  • the plasma jet is sprayed spontaneously-that is to say without the use of a gaseous stream formed or flowing inside the inter-cathode space outside the inter-cathodic space and not towards a surface of the cathodic assembly.
  • the voltage generator is able to generate crown discharges between the anode assembly and the cathode assembly.
  • the voltage generator is suitable for generating crown discharges in the inter-cathode space extending within the cathode assembly and including the pointed portion of the anode assembly.
  • the voltage generator is able to generate crown discharges in the inter-cathode space extending inside the cathode assembly and from the pointed portion of the anode assembly.
  • Such a device is configured to allow the formation of positive polarity ring discharges between the anode assembly and the cathode assembly by generating activated species - especially activated nonionic species - from the air. atmospheric, at ambient pressure and temperature leading to the formation of a self-projected plasma jet in the direction perpendicular to the cathodic aperture plane, out of the inter-cathode space opposite said pointed portion of axial end, without using any external means for producing gas flow.
  • such a device is adapted to avoid the formation of an electric arc producing ionized and dissociated species at high temperature.
  • the cathode opening is defined by at least one edge, called the active edge, of the cathode surface, said active edge (s) extending in the plane cathodic opening.
  • the cathodic aperture plane is a secant virtual plane with the cathode set.
  • the anode assembly and the cathode assembly are then adapted to leave free a half-space defined by the cathodic opening plane beyond the inter-cathode space.
  • the anode assembly (and the pointed portion) it is possible for the anode assembly (and the pointed portion) to extend for a certain distance on the outside of the inter-cathode space beyond the cathodic opening plane, or contrary, inside the inter-cathodic space.
  • the cold plasma jet is self-projected from the pointed portion of the anode assembly in the space extending opposite said pointed portion of the anode assembly.
  • the self-projected cold plasma jet is produced from the pointed portion of the anode assembly and in a direction substantially parallel to the minimum radius of curvature of said pointed portion.
  • the self-projected cold plasma jet is produced from the pointed portion of the anode assembly in a direction substantially orthogonal to the active edges of the cathode assembly
  • the anode assembly comprises at least one cylindrical anode of revolution about an axial direction (in the form of a needle) and the pointed portion is a pointed portion of axial end of said cylindrical anode, said axial end portion having a cross-section, in at least one axial plane containing said axial direction, having a minimum radius of curvature the value of which is adapted to allow the formation of discharges from this axial end pointed portion under the effect of an electric field formed by the generator (s).
  • the active edge is an edge of a cathode of the cathode assembly, said edge surrounding the axial end portion of the cylindrical anode of the anode assembly to which this cathode is associated.
  • the active edge (s) of the cathode (s) has (s) at least one plane of symmetry perpendicular to the cathode opening plane of said (said) cathode (s), said cathodic aperture plane comprising the axial end portion of each cylindrical anode with which this (these) cathode (s) is (are) associated (s), and adapted (s) to orient spontaneously the cold plasma jet perpendicular to the cathodic aperture plane.
  • the cathode (or the cathodes) have active edges arranged so as to occupy the vertices of an isosceles triangle -particularly of an equilateral triangle-, and the pointed portion of axial end of the cylindrical anode is arranged to occupy the center of gravity of said triangle.
  • the (the) edge (s) active (s) of the cathode assembly has (s) in section in at least one plane perpendicular to the cathodic aperture plane, said perpendicular plane comprising the portion pointed axial end of the cylindrical anode, a form symmetrical with respect to said axial end pointed portion to which this cathode assembly is associated.
  • the cathode assembly comprises at least two active edge portions extending in the cathodic aperture plane symmetrically with respect to the axial end pointed portion of the cylindrical anode and is adapted to spontaneously orient the jet of cold plasma perpendicularly to the cathodic aperture plane.
  • the cathode assembly has an active edge having in section in each plane perpendicular to said cathodic opening plane, a shape having a symmetry with respect to said axial end pointed portion of each cylindrical anode to which the cathode assembly is associated.
  • the active edge of the cathode assembly is a continuous active edge extending in the cathodic aperture plane and of central symmetry with respect to the axial end pointed portion of the cylindrical anode of the anode assembly.
  • the active edge of the cathode assembly has a circular shape or a polygonal shape with a center of symmetry-notably hexagonal, octagonal, parallelogram, preferentially square.
  • Such a device makes it possible to form a corona discharge in positive polarity between the anode assembly and the cathode assembly by generating activated species from atmospheric air, at ambient pressure and temperature, leading to the formation of a self-projected plasma jet in the direction perpendicular to the cathodic opening plane, out of the intercathodic space opposite said axial end pointed portion, without the use of any external means for producing a gas flow.
  • the cathode assembly comprises two cathode plates each having a rectilinear active edge, said rectilinear active edges of the two cathode plates being coplanar, parallel to each other and symmetrical to each other relative to a median plane including the pointed portion of the anode assembly.
  • the anode assembly may be formed of a plurality of anodes cylindrical, the axial end pointed portion of minimum radius of curvature of each cylindrical anode extending in said median plane and in the cathodic aperture plane.
  • the minimum radius of curvature of the pointed portion of the anode assembly is less than 500 ⁇ m, in particular between 1 ⁇ m and 500 ⁇ m, in particular between 10 ⁇ m and
  • the minimum radius of curvature of the pointed portion of the anode assembly is of the order of 20 microns.
  • the pointed portion of the anode assembly is formed of a conductive material selected from the group consisting of tungsten, tungsten carbides, aluminum and their alloys.
  • the cathodic opening plane of the cathode assembly is substantially perpendicular to the axial direction of the cylindrical anode.
  • the plasma jet is self-projected from the axial end pointed portion of the cylindrical anode in a direction perpendicular to the cathodic opening plane, and parallel to the axial direction of the cylindrical anode.
  • the cathodic aperture plane of the cathode assembly is inclined relative to the axial direction of the cylindrical anode.
  • the plasma jet is self-projected from the axial end portion of the cylindrical anode in a direction perpendicular to the cathodic opening plane, said direction being not parallel to the axial direction of the cylindrical anode.
  • the (the) edge (s) active (s) of the cathode assembly is (are) formed (s) of at least one conductive material selected from the group consisting of brass, copper and their alloys.
  • each cylindrical anode has in cross section perpendicular to its axial direction, a substantially discoidal shape, whose diameter is between 0.5 mm and
  • a device comprises therefore at least one cylindrical anode, each cylindrical anode having a pointed shape whose tip is oriented substantially along the longitudinal axis of said cylindrical anode.
  • each cylindrical anode having a minimum radius of curvature extends substantially in the cathodic aperture plane of the cathode assembly.
  • each cylindrical anode of the anode assembly and each cathode of the cathode assembly are adapted to cooperate and generate crown discharges between the axial end portion of minimum radius of curvature of each cylindrical anode and the cathode assembly to which these cylindrical anodes are associated.
  • a device according to the invention is adapted to produce a plasma jet at ambient pressure and temperature at a speed (gaseous flow rate of the plasma jet measured by means of an anemometer) of the order of 1 m / s at 10 m / s.
  • a device according to the invention has a size adapted to be held, worn and handled by a single user.
  • a device comprises a cathode assembly and an anode assembly formed of a single cathode and anode, said cathode and said anode being in one or more pieces, the active edge (s) of the cathode surrounding the axial end portion of the single anode.
  • the invention also relates to the use of such a device for a surface treatment - particularly for the microbiological decontamination of said surface - in which said surface is disposed in the self-projected plasma jet.
  • the inventors have found that exposure of adherent Escherichia coli bacteria on a solid surface to a cold plasma jet generated by a device according to the invention placed a few millimeters from said solid surface leads to a reduction in bacterial flora. , including a division by a factor of 1000 of the initial bacterial population after 10 minutes of treatment without it being necessary to use specific means known per se for forming a gaseous flow directed out of the inter-cathode space.
  • a device for the emission of a self-projected cold plasma according to the invention for the decontamination of surfaces, in particular for the biostatic treatment and / or the biocidal treatment of these surfaces.
  • a device according to the invention is used for the treatment of a surface in which the surface to be treated is not interposed between the electrodes of the plasma generator, but is exposed, outside the device, to the jet of self-projected cold plasma emitted by the device according to the invention.
  • a device for emitting a self-projected plasma jet according to the invention is used for blood coagulation and asepsis.
  • a device for emitting a self-projected plasma jet according to the invention for carrying out a blood coagulation operation, or for establishing and / or maintaining the asepsis.
  • the invention also relates to a device, the use of such a device and a method characterized in combination by all or some of the characteristics mentioned above or below.
  • FIG. 1 is a perspective view with ruptured proportions out of a device according to the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation in section of a device according to the invention
  • FIG. 3 is an illustration with broken away and out of proportions of a first variant of a device according to the invention
  • FIG. 4 is a broken-away perspective view of a second variant of a device according to the invention.
  • FIG. 5a is a plot of the kinetic evolution of the electrical intensity of a corona discharge obtained in a device according to the invention under a voltage of 5.6 kV,
  • FIG. 5b is a plot of the kinetic evolution of the electrical intensity of a corona discharge obtained in a device according to the invention at a voltage of 9.1 kV,
  • FIG. 6a is a spectral imprint of a corona discharge obtained in a device according to the invention.
  • FIG. 6b is a spectral fingerprint of the self-projected plasma jet obtained in a device according to the invention.
  • FIG. 7 schematically represents a third variant of a device according to the invention.
  • FIG. 8 schematically represents a fourth variant of a device according to the invention.
  • FIG. 9 schematically represents a fifth variant of a device according to the invention.
  • FIG. 10 schematically represents a sixth variant of a device according to the invention.
  • FIG. 11 schematically represents a seventh variant of a device according to the invention.
  • FIG. 12 diagrammatically represents an eighth variant of a device according to the invention.
  • FIG. 13 represents a variant of a device according to the invention as represented in FIG. 2.
  • a device 1 for transmitting a self-projected plasma jet at ambient pressure and temperature comprises a conducting cathode 14 formed of a section of section tube. cylindrical of revolution, supported by a piece 18 of an electrically insulating material.
  • the cathode 14 is formed of a conductive material, especially a conductive metal selected from the group consisting of copper, brass or a conductive alloy comprising these metals.
  • the cathode 14 comprises a continuous active edge 7 formed of the inner radial edge of the tube section, extending in the cathode opening plane 8 of the cathode 14 and opposite a pointed end-end portion 13 of the cathode 14. a cylindrical anode 11.
  • the pointed end-axial portion 13 of the cylindrical anode 11 forms a center of symmetry of the continuous active edge 7 of said cathode 14 facing the pointed axial end portion 13 of the cylindrical anode 11 and extends in the cathode aperture plane 8 of the cathode 14.
  • the tube section forming the cathode 14 has an inside diameter of between 5 mm and 20 mm.
  • the pipe section may have an internal diameter of 5 mm, 10 mm, 13 mm, 14 mm or 20 mm.
  • the distance separating the sharp axial end portion 13 from the cylindrical anode 11 and the active edge 7 of the cathode 14 is respectively 2.5 mm, 5 mm, 6.5 mm, 7 mm or 10 mm.
  • the outer diameter of the tube section forming the cathode 14 is 30 mm. This value has no influence on the implementation of the device 1 according to the invention.
  • the cathode 14 has, in cross-section, a center of symmetry, said center of symmetry belonging to the axis of elongation of the anode 11 cylindrical in its axial direction 12.
  • the cathode 14 may have any shape, if the active edge 7 of said cathode 14, formed of the inner edge of the tube section forming the cathode 14, has a center of symmetry formed of the pointed end portion 13 axial of the cylindrical anode 11.
  • the cathode 14 may have a transverse cross section of circular shape.
  • the active edge 7 of the cathode 14 which is facing the pointed portion 13 of axial end of the cylindrical anode 11 is then in transverse cross section in the cathodic aperture plane 8 of circular shape.
  • the active edge 7 of the cathode 14 has, in transverse cross section in the cathodic opening plane 8, a polygonal shape having a center of symmetry, in particular a square shape, a rectangular shape, a hexagonal shape, an octagonal shape and a decagonal shape.
  • the continuous active edge 7 of the cathode 14 present in transverse cross section in the cathodic aperture plane 8, a polygonal shape having an odd number of sides and admitting at least one plane of symmetry perpendicular to the plane 8 cathode opening, said plane of symmetry comprising the pointed portion 13 of axial end of the cylindrical anode 11 to which this cathode 14 is associated.
  • the cylindrical anode 11 may be formed of a solid cylinder formed of an electrically conductive material. It is also possible that only an outer surface layer of the cylindrical anode 11 is made of a conductive material connected to a high voltage generator, and in which the pointed end portion 13 of said cylindrical anode 11 has a minimum radius of curvature oriented substantially in the direction perpendicular to the cathodic opening plane 8 defined by the (e) edge (s) 7 active (s) of the cathode 14 to which this cylindrical anode 11 is associated. Thus, it is possible that the pointed portion 13 of axial end of said cylindrical anode 11 has a minimum radius of curvature oriented substantially in the axial direction 12 of the cylindrical anode 11.
  • a portion of an insulating solid material to cover the portion of the cathode 14 facing outwards of the inter-cathode space 9 and extending around the active edge 7 of said cathode 14, but without however covering the pointed portion 13 of axial end the cylindrical anode 11.
  • the conductive cathode 14 is connected to ground via a current measurement resistor 19.
  • the value of the measurement resistor 19, designed to measure the current is 50 ⁇ .
  • the device 1 for transmitting a plasma jet 10 further comprises a cylindrical anode 11 formed of a conductive cylinder, extending along the axis of the hollow cylinder forming the cathode 14, electrically connected to a generator 2 of high voltage through a load resistor of 25 M ⁇ to limit the current in the case of the formation of an arc.
  • the high voltage generator 2 may be a generator 2 adapted to distribute a continuous supply or a pulsed supply.
  • the high voltage generator 2 is adapted to deliver in the cylindrical anode 11 a high voltage of up to 15 kV.
  • the distance separating the axial end pointed portion 13 from the cylindrical anode 11 and the active edge 7 of the cathode 14 by the view of said pointed end axial portion 13 may vary according to the structure of the device 1.
  • obtaining a positive polarity corona discharge generating a plasma jet 10 self-projected with more distant electrodes requires the application of a high voltage of higher value to the cylindrical anode 11 or a high potential difference between the cylindrical anode 11 and the cathode 14.
  • a device 1 for transmitting a self-projected plasma jet 10 it is possible to connect electrically between the cylindrical anode 11 and the cathode 14, a voltage measuring member 20. and / or the intensity of the electric current across the cathode 14 and the cylindrical anode 11, in particular an oscilloscope 20.
  • the cylindrical anode 11 and the cathode 14 are held in a stable position by means of a piece 18 of an electrically insulating material selected from the group consisting of glass, quartz, alumina, a polymer and ceramic with which they are held together.
  • Sharp portion 13 axial end of the cylindrical anode 11 preferably extends in the cathodic opening plane 8 defined by the cathode opening of the cathode 14.
  • the pointed end portion of the axial end of radius of minimum curvature of the cylindrical anode 11 extends axially out of the cathodic opening plane 8 of the cathode 14, in particular at a distance of a few millimeters, in particular 1 to 2 millimeters beyond or below the plane 8 of Cathode opening of the cathode 14.
  • the piece 18 of electrically insulating material provides a free space between the axial end portion 13 of minimum radius of curvature of the cylindrical anode 11 and the active edge 7 of the cathode 14.
  • the conductive cathode 14 has, in section in each axial plane of said cathode 14, a section of square shape.
  • the cathode 14 of the cathode assembly does not form a rim of the intercathodic space 9.
  • the crown discharges then occur directly between the active edge 7 of the cathode 14 and the axial end portion 13 of the cylindrical anode 11 and lead to the formation of a plasma jet from said portion 13 of FIG. axial end in a direction perpendicular to the cathodic aperture plane 8 and parallel to the axial direction of the cylindrical anode 11.
  • a device 1 for transmitting a plasma jet 10 comprises a cathode assembly 4 formed of two lamellar cathodic plates 22 supported by a part 18 formed of an electrically insulating material.
  • the two lamellar cathodic plates 22 each have an active edge 7 of said cathode assembly 4, the two active edges 7 of the cathode plates 22 being parallel to each other and defining the cathodic aperture plane 8.
  • Such a device further comprises a plurality of cylindrical anodes 11 each having a pointed portion 13 of axial end of minimum radius of curvature, extending opposite the two active edges 7 of the cathode assembly 4 and forming the whole 3 anodic.
  • the axial end portions 13 of the cylindrical anodes 11 extend in the plane median defined by the two parallel active edges 7 of the two cathode plates 22 and in the cathodic aperture plane 8 of the cathode assembly 4.
  • the inventors have observed the formation of a plasma jet in the form of a curtain extending from the portions 13 of axial ends of the cylindrical anodes 11 in the median plane of the two parallel active edges 7 of the two cathode plates 22 of the cathode assembly.
  • the voltage applied to each of the cylindrical anodes 11 of the plurality of cylindrical anodes 11 is substantially the same.
  • the two cathodic plates 22 are coplanar, and the axial end portions 13 of the cylindrical anodes 11 of the anode assembly 3 extend in the median plane defined by the two active edges 7 of the cathode plates 22 forming the cathode 14.
  • the two planar cathode plates 22, supported on a piece 18 of an electrically insulating material and forming the cathode 14, are of substantially rectangular shape, and the active edges 7 of each rectangular cathode plate 22 of the cathode 14. view of the portion (s) 13 of axial end of the cylindrical anodes 11 are substantially parallel to each other.
  • a device 1 for transmitting a plasma jet 10 comprises a cathode assembly 4 formed of a tubular outer cathode 23 and a concentric cylindrical inner cathode 24.
  • the tubular outer cathode 23 has an inner active edge 25 formed of the inner edge of the tube forming the tubular outer cathode 23 and extending in the cathodic opening plane 8 of the cathode assembly 4 of the device 1.
  • the cathode 24 cylindrical interior also has an outer active edge 26 formed by the edge defined by the longitudinal plane end of the cylinder of the cylindrical inner cathode 24 and extending in the cathodic aperture plane 8.
  • a device 1 for transmitting a plasma jet 10 represented in FIG. 4 further comprises an anodic assembly 3 formed of a plurality of cylindrical anodes 11 each having, in their axial direction, a pointed end-axial portion 13 whose section in at least one axial plane has a minimum radius of curvature adapted to allow the formation of a corona discharge in positive polarity.
  • the pointed portion 13 of axial end of each cylindrical anode 11 extends in the cathodic aperture plane 8 of the cathode assembly 4.
  • Each cylindrical anode 11 of the anode assembly 3 is positioned so that the axial end portion 13 of each cylindrical anode 11, the inner active edge 25 of the outer cathode 23 and the outer active edge 26 of the cathode 24 are substantially aligned in the cathode opening plane 8 of the device 1, and in such a way that the axial end pointed portion 13 of each cylindrical anode 11 is equidistant from the internal active edge 25 of the external cathode 23 and the outer active edge 26 of the inner cathode 24.
  • a device 1 in a third variant shown schematically in FIG. 7, comprises a cathode assembly 4 formed of two cathode plates 22 each having a segment-shaped continuous rectilinear active edge 7, said active segments 7 of the two cathode plates 22 forming the cathode assembly 4 being coplanar and non-parallel.
  • the active segments 7 of the two cathodic plates 22 form between them an acute angle and are symmetrical with respect to the median plane defined by the two active segments 7 of the two cathodic plates 22, said median plane comprising the portion (s) 13) end (s) axial (s) of said (one) anode (s) 11 cylindrical (s) to which the cathode plates 22 of the set 4 cathode are associated.
  • the shortest distance separating the active segments 7 facing the two cathode plates 22 is variable and the distance separating each axial end portion 13 from each cylindrical anode 11 to which these plates 22 cathodic are associated through the inter-cathodic space 9 is also variable. Consequently, the voltage applied to each cylindrical anode 11 will be different: this voltage applied is lower for the cylindrical anode 11 closest to the active segments 7, and higher for the cylindrical anode furthest away from the active segments 7.
  • the active edge 7 of the cathode 14 is a continuous active edge 7 formed of a plurality of active edge segments 7 facing each other.
  • the segments of active edges 7 form a regular hexagon, extend in the cathode opening plane 8 of the cathode 14 and are distributed in this opening plane 8 cathodic so that the segments of active edges 7 in pairs centrally symmetry with respect to the pointed portion 13 axial end of the cylindrical anode 11 to which the cathode 14 is associated.
  • the active edge 7 of the cathode 14 forms the sides and / or the vertices of a regular polyhedron extending into the cathodic aperture plane 8, wherein the axial end pointed portion 13 of the anode assembly 3 also extends substantially in the cathodic aperture plane 8, and forms the center of the circle circumscribing the regular polyhedron.
  • the regular polyhedron may be an equilateral triangle, a square, a regular pentagon, a regular hexagon, a regular heptagon, a regular octagon, and any other regular polyhedron with many sides and higher vertices.
  • the active edge 7 of the cathode 14 is formed of a plurality of discontinuous active segments extending in the cathodic opening plane 8 of the cathodic assembly 4.
  • the active segments 7 are distributed in the cathodic aperture plane 8 of the cathode 14 so that the active segments 7 admit, in pairs, a central symmetry with respect to the pointed axial end portion 13 of the anode. 11 cylindrical to which this cathode 14 is associated. It is also possible for the distribution of the active segments 7 to have a center of symmetry formed of the pointed axial end portion 13 of the cylindrical anode 11 to which the cathode 14 is associated.
  • the cathode assembly 4 is formed of a plurality of cathodes 14 connected to ground.
  • Each cathode 14 has an active edge 7 extending in the cathode opening plane of the cathode assembly 4, said cathode opening plane comprising the axial end pointed portion 13 of a cylindrical anode 11.
  • a device 1 in a seventh variant, shown diagrammatically in FIG. 11, comprises a cathode assembly 4 formed of two coplanar conductor wires 28, the two coplanar conductor wires 28 each forming an active edge 7 of the cathode assembly 4, extending facing the axial end pointed portion 13 of at least one cylindrical anode 11, the axial end portion (s) 13 of each cylindrical anode 11 extending in the plane 8 of cathodic opening formed by the active edges of the coplanar conductor wires 28, and extending in the median plane 17 of said active edges 7 to which this anode assembly 3 is associated.
  • a device 1 in an eighth variant, shown schematically in FIG. 12, comprises a cathode assembly 4 formed of two cathode plates 22 each having an active edge 7, the two active edges being coplanar and parallel to each other. another, and an anode assembly 3 extending longitudinally between the two cathode plates 22 and having a pointed portion 6 extending longitudinally in the median plane of the active edges 7 of the two cathode plates 22 and in the cathodic opening plane 8 of the cathode assembly 4 towards the outside of the inter-cathodic dielectric space.
  • the cathode 14 may have a shape of thin disc, in particular a few millimeters thick, hollowed at its center and supported by a piece 18 of a material electrically insulating, said hollow center of the cathode 14 leaving a space occupied in part for the pointed portion 13 of axial end of the cylindrical anode 11.
  • the active edge 7 of the cathode 14 has in section in each radial plane, a shape symmetrical with respect to said pointed axial end portion 13 of this cylindrical anode 11 and the active edge 7 of the cathode 14, formed by the thickness of said hollow disc at its center, is opposite the pointed portion 13 of axial end of the cylindrical anode 11.
  • a device comprises an anode assembly 3 formed of a plurality of anodes whose axial end portions 13 are coplanar and a cathode assembly 4 formed of a plurality of cathodes 14 comprising coplanar active edges 7, the cathodic opening plane 8 of the cathode assembly 4 comprising the axial end portions 13 of the anodes, said active edges 7 of the cathodes 14 being evenly distributed around the axial end portions 13 of the anodes and forming a planar network, in particular a hexagonal type network, of square type or of triangular type.
  • EXAMPLE 1 Device for emitting a self-blown plasma jet
  • a plasma device is produced in which the conductive anode is formed of a tungsten cylinder whose cross sectional diameter is of the order of 1 mm.
  • the minimum radius of curvature of the axial portion of the end of said anode is 20 ⁇ m.
  • the cathode is formed of a hollow copper cylinder having a transverse cross section whose inner diameter is 13 mm and the outer diameter is 30 mm.
  • the cylindrical cathode is supported by an insulating ceramic hollow cylinder (alumina) 8 mm thick which is itself adapted to maintain the conductive anode in axial position.
  • alumina insulating ceramic hollow cylinder
  • the anode and the cathode are in contact with the atmospheric air at the pressure and at ambient temperature, that is to say at a temperature close to 22 ° C.
  • Anode is applied to the anode. increasing and maximum voltage of 15 kV.
  • the inventors have observed, up to a voltage threshold value of 2.6 kV, the formation of a non-repetitive corona discharge occupying a small volume in the immediate vicinity of the axial end of the anode.
  • the flow maximum snapshot generated by this corona discharge and measured on the oscilloscope is 0.9 mA. This non-repetitive crown discharge was observed up to a voltage value of 5.3 kV.
  • a repetitive corona discharge with a repetition frequency of the order of several kHz, is revealed by the appearance of a crown halo formed by a bluish-colored plasma. extending in the atmosphere along the longitudinal axis of the anode and a distance of about 10 mm beyond the axial end of said anode and a diameter of about 3 mm.
  • This plasma jet is stable for a voltage between 5.3 kV and 9.1 kV and increases in light intensity proportionally with the increase in voltage. Beyond a voltage of 9.1 kV, sparks appear in the inter-electrode space between the anode and the cathode corresponding to the formation of an electric arc-type electric discharge, which is not desired in this mode of operation. operation.
  • the inventors have noticed, by passing the hand in the free space facing the axial end of the anode and at a distance greater than 10 cm from said axial end of the anode, the emission of a gas flow in the axial direction of the anode and oriented outwards from the inter-electrode space and the speed of which has been evaluated by means of a millimeter-to-helical anemometer, from 1 m / s to 10 m / s .
  • the temperature of the plasma jet was evaluated at the distal end of the crown halo, that is to say approximately 10 mm from the axial end portion of the anode of minimum radius of curvature at about 27 ° C. a temperature slightly above room temperature.
  • the variation of the intensity of the electric current produced by the corona discharge is measured by means of an oscilloscope.
  • the kinetic profiles of intensity of the instantaneous electric current are given in FIG. 5a and 5b respectively for applied voltages of 5.6 kV (FIG. 5a) and 9.1 kV (FIG. 5b).
  • the maximum intensity of the instantaneous electric current generated by the Crown discharge is 2.4 mA for a supply voltage of 5.6 kV and 16 mA for a supply voltage of 9.1 kV.
  • the natural frequency of repetition of such a corona discharge under these conditions is about 20 kHz.
  • FIGS. 6a and 6b Analytical spectra, represented in FIGS. 6a and 6b, were made in the visible wavelength range and aimed axially at the discharge zone surrounding the anodic tip and at the other end of the jet plasma jet. about 10 mm above the plasma jet. These spectra respectively characterize the excited species present in the corona discharge (FIG. 6a) and in the plasma jet at a greater distance from the anode (FIG. 6b). The spectral plot in FIG.
  • 6a shows the presence of characteristic bands of radiative excited species, in particular nitrogen, in particular the transition spectral bands of the second positive system (denoted SSP; N 2 (C 3 ⁇ u , ⁇ ) ⁇ N 2 (B 3 ⁇ * g g, ' ⁇ ') + hv) and the first negative system (noted PSN; N + 2 (B 2 ⁇ + U , ⁇ )
  • a plasma device is produced in which the cathode is formed of a conductive cylinder with an outside diameter of 30 mm and an inside diameter of 10 mm, and in which the conductive anode is formed of a tungsten cylinder of which the diameter of the cross section is of the order of 1 mm.
  • a DC voltage is applied to the anode adapted to generate a corona discharge in the ambient air and at atmospheric pressure and the value of which varies only slightly for the different minimum radii of curvature studied.
  • the maximum instantaneous current intensities generated by the corona discharge are given in Table 1 below.
  • the length (mm) of the part of the plasma jet generated and projected by crown discharge into the ambient air that is visible to the eye in the absence of external stray light, especially in the dark.
  • the measured length of the plasma jet does not vary substantially with the value of the minimum radius of curvature of the apical end of the anode.
  • the inventors have also observed that the width of the visible part of the plasma jet generated and projected by corona discharge in the ambient air increases with the increase in the value of the radius of curvature.
  • the corona discharge at the origin of the plasma jet is generated at the top of the tip with a natural repetition rate of about 20 kHz.
  • a plasma device is produced in which the cathode is formed of a conductive cylinder with an outside diameter of 30, and in which the conductive anode is formed of a tungsten cylinder whose diameter of the transverse cross-section is of the order of 1 mm and the minimum radius of curvature of the apical end is 10 microns.
  • a DC voltage is applied to the anode adapted to generate a corona discharge in the ambient air and at atmospheric pressure.
  • the values of the voltage required to generate the corona discharge and the maximum instantaneous current currents generated by said corona discharge are given in Table 2 below.
  • the length (mm) of the portion of the plasma jet generated and projected by corona discharge is measured in the ambient air which is visible to the eye in the absence of external stray light, especially in the dark.
  • the instantaneous current intensity does not vary with the value of the inside diameter ( ⁇ int ) of the cathode, that the voltage to be applied to the anode to obtain the corona discharge increases with the distance separating the cathode and the part apical portion of the anode, and that the length (mm) of the portion of the plasma jet generated and projected by corona discharge into the ambient air which is visible to the eye in the absence of external stray light, in particular to the darkness increases with said distance.
  • EXAMPLE 6 Bactericidal and / or bacteriostatic treatment A bacterial culture of Esche richia coli is carried out on the surface of a solid support and this bacterial culture is subjected to a self-projected plasma jet according to the invention.
  • the plasma jet device is placed a few millimeters from the surface supporting the E. coli bacteria. After about 10 minutes of exposure of the contaminated surface to the self-projected plasma jet according to the invention, there is a decrease in the viable bacterial population of the order of 3 log (the initial bacterial population is divided by 1000). This result is similar to that already obtained by other types of plasma reactor using, in particular, a post-discharge flow generated by microwaves at reduced pressure.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'émission d'un jet (10) de plasma à pression et température ambiantes comprenant un générateur (2) de champ électrique apte à générer des décharges entre un ensemble anodique et un ensemble cathodique, dans lequel : l'ensemble cathodique est conformé de façon à définir un espace diélectrique inter-cathodique : s'étendant à l'intérieur de l'ensemble cathodique et en regard d'au moins o une surface cathodique dudit ensemble cathodique, et, o présentant au moins une ouverture (5) cathodique débouchant vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique, o ladite ouverture (5) cathodique est définie par au moins une arête (7) active de la surface cathodique, la(les)dite(s) arête(s) (7) active(s) s'étendant dans un plan (8) d'ouverture cathodique, l'ensemble anodique comprend au moins une portion pointue orientée vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique et disposée latéralement et en profondeur par rapport à l'ouverture (5) cathodique de l'ensemble cathodique; ledit dispositif étant caractérisé en ce que la portion pointue est disposée de façon à s'étendre jusqu'au plan (8) d'ouverture cathodique, et de façon à pouvoir provoquer une émission d'un jet (10) de plasma projeté spontanément selon une orientation prédéterminée vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique.

Description

DISPOSITIF D'EMISSION D'UN JET DE PLASMA A PARTIR DE L'AIR ATMOSPHÉRIQUE À TEMPÉRATURE ET PRESSION AMBIANTES ET UTILISATION D'UN TEL DISPOSITIF
L'invention concerne un dispositif d'émission d'un jet de plasma à partir de l'air atmosphérique à pression et à température ambiante, ce dispositif étant adapté pour former un jet de plasma auto-projeté, c'est-à-dire ne nécessitant pas, pour cette projection, l'adjonction d'un moyen spécifique de génération d'un flux gazeux.
Un tel dispositif d'émission d'un jet de plasma peut trouver des applications notamment dans le domaine des nanotechnologies où le traitement de surfaces par plasma est requis, dans le domaine biomédical pour des traitements localisés par plasma, notamment pour la coagulation sanguine ou pour l'établissement et/ou le maintien de l'asepsie sur le site d'une intervention chirurgicale, et/ou dans le domaine du traitement des surfaces en vue de leur dépollution, leur décontamination biologique ou leur stérilisation.
On connaît déjà différents dispositifs permettant de générer un plasma « froid » (c'est-à-dire à température et à pression ambiantes) par décharge à barrière diélectrique (DBD) entre deux électrodes revêtues d'un matériau isolant, entre lesquelles on fait s'écouler un flux de gaz (par exemple de l'hélium, de l'argon ou de l'azote).
Dans un premier type de solution connue (cf. par exemple,
Laroussi et al., (2005), Applied Physics Letters, 87, 986-987 ; « Room-temperature atmospheric pressure plasma plume for biomédical applications ») un tel dispositif comprend deux électrodes qui sont soumises à une différence de potentiel et qui sont traversées par un flux d'argon présentant une vitesse de déplacement estimée à
8 m/s. Une telle solution suppose de prévoir des moyens de stockage d'argon sous pression et d'introduction d'un flux d'argon s'écoulant entre les deux électrodes. En particulier, une telle solution pose des problèmes pratiques liés à l'utilisation d'un gaz sous pression, et ne permet pas de produire un plasma d'air atmosphérique auto- projeté à la pression et à la température ambiantes.
Un deuxième type de solution connue, semblable au précédent, consiste à former un plasma du type « plasma couronne » entre deux électrodes coaxiales séparées par un volume de gaz isolant.
Le document Pointu et al. (2005) (Pointu A.M., Ricard A., Dodet B., Odic E., Larbre J. et Petchu M.G., (2005), J. Phys. D Appl. Phys. 38, 1905-1909 ; « Production of active species in N2-O2 flowing post-discharges at atmospheric pressure for sterilization ») décrit un procédé de stérilisation par un plasma froid produit lors d'un traitement d'un flux gazeux préformé d'azote et d'oxygène par une décharge couronne puisée à 1O kHz générée entre deux électrodes. Un tel procédé de stérilisation nécessite des moyens externes de formation d'un flux de gaz. Il ne permet pas non plus la formation d'un plasma auto-projeté à partir de l'air atmosphérique à pression atmosphérique.
US 7 229 589 décrit un procédé de décontamination d'une surface dans lequel un flux d'azote moléculaire préalablement conditionné sous pression est soumis à une décharge puisée de façon à traiter le flux de gaz par des décharges discontinues. Un tel procédé de décontamination nécessite des moyens de préparation d'azote moléculaire de grande pureté et de mise sous pression préalablement au traitement de décontamination, et ne permet pas de générer un jet de plasma auto-projeté à partir d'air atmosphérique à la pression atmosphérique.
L'invention vise à pallier les inconvénients précédemment évoqués en proposant un dispositif adapté pour émettre un jet de plasma froid, notamment par décharge couronne, qui ne nécessite pas d'organe spécifique additionnel d'établissement d'un flux de gaz entre des électrodes.
En particulier, l'invention vise à proposer un tel dispositif adapté pour pouvoir être utilisé dans l'air atmosphérique et ne nécessitant aucun moyen de mise sous vide ou de mise sous pression de l'espace inter-électrodes.
L'invention vise en outre à proposer un dispositif adapté pour émettre un jet de plasma froid à distance de la décharge (c'est-à-dire en proche postdécharge), et qui soit donc sensiblement exempt d'espèces excitées ioniques, et riche en espèces excitées neutres radiatives et/ou métastables, notamment radicalaires.
L'invention vise en particulier à proposer un tel dispositif apte à former un jet de plasma froid à partir de l'air atmosphérique à température et pression atmosphériques.
L'invention vise également à atteindre tous ces objectifs à moindre coût, en proposant un dispositif d'émission de jet de plasma froid, qui soit de faible coût de revient et réalisé à partir de moyens -notamment de composants électroniques et électriques- usuels et peu onéreux.
L'invention vise également l'utilisation d'un dispositif selon l'invention dans le domaine du traitement de surface.
L'invention vise en outre à proposer un tel dispositif qui soit adapté notamment pour le traitement de surface, et un procédé de traitement d'une surface à traiter dans lequel on utilise un dispositif selon l'invention, ce procédé étant simple dans sa mise en œuvre et d'une efficacité au moins comparable à celle des procédés connus.
L'invention vise plus particulièrement à proposer un tel dispositif et une telle utilisation dont la mise en œuvre soit sans danger pour l'utilisateur.
L'invention vise également à proposer un tel dispositif et une telle utilisation pour le traitement d'une surface à traiter qui soient d'efficacité accrue et qui soient respectueux de l'environnement.
L'invention vise de surcroît à atteindre ces objectifs en préservant les habitudes de travail des personnels. Elle vise en particulier à proposer un tel dispositif qui soit facile à utiliser, et n'implique pour sa mise en œuvre que peu de manipulations.
Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif d'émission d'un jet de plasma à pression et température ambiantes comprenant un générateur de champ électrique apte à générer des décharges entre un ensemble anodique et un ensemble cathodique, dans lequel : l'ensemble cathodique est conformé de façon à définir un espace diélectrique, dit espace inter-cathodique :
o s'étendant à l'intérieur de l'ensemble cathodique et en regard d'au moins une surface cathodique dudit ensemble cathodique, et,
o présentant au moins une ouverture cathodique débouchant vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique,
o ladite ouverture cathodique est définie par au moins une arête, dite arête active, de la surface cathodique, la(les)dite(s) arête(s) active(s) s'étendant dans un plan, dit plan d'ouverture cathodique,
- l'ensemble anodique comprend au moins une portion, dite portion pointue, présentant un rayon de courbure minimum, orientée vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique et disposée latéralement et en profondeur par rapport à l'ouverture cathodique de l'ensemble cathodique ;
ledit dispositif étant caractérisé en ce que la portion pointue de l'ensemble anodique est disposée de façon à s'étendre jusqu'au plan d'ouverture cathodique, et de façon à pouvoir provoquer une émission d'un jet de plasma projeté spontanément selon une orientation prédéterminée vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique.
Le générateur de champ électrique est relié à l'ensemble anodique et à l'ensemble cathodique de façon à produire un champ électrique apte à générer le jet de plasma. Pour ce faire, ce champ électrique doit présenter une valeur de potentiel plus élevée au niveau de l'ensemble anodique et une valeur de potentiel plus faible au niveau de l'ensemble cathodique. Lorsque ces conditions de potentiel sont satisfaites, le jet plasma est émis.
Rien n'empêche de prévoir un champ électrique variable, par exemple alternatif ou puisé, et l'émission du jet sera elle-même intermittente à la fréquence de variation du champ électrique. De préférence, le générateur de champ électrique est adapté pour appliquer des potentiels de valeurs prédéterminées constantes (continues ou puisées) aux ensembles anodique et cathodique. Autrement dit, le champ électrique est à polarité invariable, notamment non alternatif.
Dans toute le texte, les termes « anode » ou « ensemble anodique » désignent une électrode ou, respectivement un ensemble d'électrodes placé(e) au plus haut potentiel du champ électrique généré par le générateur de champ électrique (continu ou puisé). Les termes « cathode » ou « ensemble cathodique » désignent une électrode ou, respectivement un ensemble d'électrodes placé(e) au plus bas potentiel d'un champ électrique généré par le générateur de champ électrique, en particulier correspondant au potentiel de la masse (normalement celui de la terre).
Avantageusement, le générateur de tension est choisi dans le groupe formé des générateurs de tension continue et des générateurs de tension puisée, notamment formant un champ puisé de fréquence comprise entre 1 kHz et 100 kHz.
Avantageusement, le générateur de tension est adapté pour délivrer entre l'ensemble anodique et l'ensemble cathodique une tension comprise entre 0,5 kV et 20 kV.
L'espace inter-cathodique est une cavité qui s'étend entre des portions de surface (parois) cathodique d'un matériau électriquement conducteur de l'ensemble cathodique. L'espace inter-cathodique est inscrit à l'intérieur de l'ensemble cathodique, ledit ensemble cathodique débouchant vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique par l'ouverture cathodique. L'espace inter-cathodique est rempli de matériau, par exemple par de l'air atmosphérique à la pression atmosphérique et à la température ambiantes. Cependant, il est aussi possible que l'espace inter-cathodique soit occupé par tout autre gaz ou composition gazeuse diélectrique, ou par un diélectrique solide.
Rien n'empêche en variante qu'un dispositif selon l'invention comprenne en outre des moyens d'introduction d'une composition gazeuse dans l'espace inter-cathodique de l'ensemble cathodique. De tels moyens ne sont cependant pas nécessaires à la formation et à l'émission du jet de plasma froid auto- projeté. Ils peuvent cependant permettre de réaliser un jet de plasma auto-projeté contenant des espèces excitées obtenues à partir d'espèces gazeuses autres que celles de l'air atmosphérique. Néanmoins, dans cette variante, le jet de plasma produit n'est pas assuré uniquement par l'introduction de ladite composition gazeuse. La portion pointue de l'ensemble anodique est orientée vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique de façon à former un jet de plasma froid auto-projeté dans l'espace s'étendant au-delà de l'ouverture cathodique, à l'extérieur de l'espace inter-cathodique, en regard de l'ensemble anodique. Le rayon de courbure minimum de la portion pointue de l'ensemble anodique n'est pas orienté en direction d'une surface cathodique de l'ensemble cathodique, mais selon une direction non sécante à une surface cathodique, notamment dans une direction sensiblement perpendiculaire à un plan défini par l'ouverture cathodique de l'ensemble cathodique.
La portion pointue de l'ensemble anodique peut être une simple pointe de forme symétrique de révolution, c'est-à-dire en forme de réelle pointe. La portion pointue de l'ensemble anodique peut aussi être non symétrique de révolution avec un rayon de courbure minimum en section dans un seul plan, et une courbure différente dans tout autre plan. Dans tout le texte, il doit être entendu que l'expression « portion pointue » englobe aussi des modes de réalisation où la portion pointue de l'ensemble anodique est une simple arête, plus ou moins longue, rectiligne ou courbe, s'étendant longitudinalement en surface de l'ensemble anodique et présentant en section droite transversale, un rayon de courbure minimum orienté vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique.
Les inventeurs ont constaté avec surprise que l'application d'une haute tension positive à l'ensemble anodique comprenant une portion pointue présentant un rayon de courbure minimum disposée comme indiqué ci-dessus par rapport à l'ouverture cathodique, permet non seulement de former une décharge par génération d'espèces activées à partir de l'air atmosphérique, à la pression et à la température ambiantes, mais permet aussi, sans utilisation d'aucun moyen externe spécifique de production de flux gazeux dans l'espace inter-cathodique de former un jet de plasma froid auto-projeté orienté vers l'extérieur de l'espace intercathodique.
Dans un dispositif selon l'invention, la formation d'un jet de plasma froid auto-projeté orienté vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique se produit bien en présence d'un ensemble anodique et d'un ensemble cathodique adaptés pour former une décharge -notamment une décharge couronne- et en regard de la portion pointue de l'ensemble anodique (où les espèces excitées -et donc sensiblement non ioniques- sont produites), vers l'extérieur de l'espace intercathodique et dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan d'ouverture cathodique.
Dans un dispositif selon l'invention, la formation d'un jet de plasma froid auto-projeté ne se produit pas (comme dans les dispositifs de l'état de la technique) par formation d'un arc électrique -entre un ensemble anodique et un ensemble cathodique- et dans lequel les espèces ioniques formées sont attirées par l'ensemble cathodique.
Avantageusement, le jet de plasma froid auto-projeté se produit à partir de la portion pointue de l'ensemble anodique et dans une direction sensiblement parallèle au rayon de courbure minimum de ladite portion pointue.
Lors de l'alimentation à haute tension de l'ensemble anodique d'un dispositif selon l'invention, les inventeurs ont observé la formation d'un halo lumineux s'étendant à partir de la portion pointue de l'ensemble anodique vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique sur une distance du même ordre de grandeur que la distance séparant l'ensemble anodique de l'ensemble cathodique du dispositif.
Les inventeurs pensent que ce halo lumineux révèle la formation d'espèces moléculaires dans des états radiatifs excités, dont la transition de désexcitation s'accompagne de l'émission de photons, lesdites espèces moléculaires excitées étant projetées vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique. Ce jet de matière gazeuse plasmatique auto-projeté résulterait de la formation d'un vent de particules ioniques, constituées d'un mélange de particules chargées, mises en mouvement et accélérées par le champ électrique formé entre l'ensemble anodique et l'ensemble cathodique, dont une partie transmettrait sa quantité de mouvement à des particules neutres lors de chocs élastiques, et conduisant à l'émission d'un jet de plasma auto-projeté à partir de l'air atmosphérique, à pression et température ambiantes. La production spontanée de ce jet de matière plasmatique, s'étendant sur une distance de plusieurs centimètres, au-delà du halo lumineux a été observée et mesurée au moyen d'un anémomètre.
Un tel dispositif permet de former, à partir de et au voisinage immédiat de la portion pointue de l'ensemble anodique, un champ électrique conduisant à la formation d'un jet de plasma auto-projeté vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique du dispositif, hors de l'espace inter-cathodique.
Avantageusement, dans un dispositif selon l'invention, la formation d'un jet de plasma froid auto-projeté orienté vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique ne nécessite pas l'adjonction d'un organe externe spécifique de production d'un flux d'une composition gazeuse dans l'espace inter-cathodique.
Avantageusement de préférence et selon l'invention, la portion pointue de l'ensemble anodique est disposée de façon à s'étendre jusqu'au plan d'ouverture cathodique, sans le dépasser (tangente au plan d'ouverture cathodique).
Avantageusement et selon l'invention, le plan d'ouverture cathodique s'étend tangentiellement à la portion pointue de l'ensemble anodique. Avantageusement, le plan d'ouverture cathodique s'étend tangentiellement à la portion pointue de l'ensemble anodique et perpendiculairement au rayon de courbure de ladite portion pointue. Ainsi, dans un dispositif selon l'invention, le jet de plasma est projeté spontanément vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique à partir de ladite portion pointue de l'ensemble anodique selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan d'ouverture cathodique. En effet, c'est dans cette position que les meilleurs résultats sont obtenus.
Dans un tel dispositif selon l'invention, le jet de plasma est projeté spontanément -c'est-à-dire sans utilisation d'un flux gazeux formé ou s' écoulant à l'intérieur de l'espace inter-cathodique- vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique et non en direction d'une surface de l'ensemble cathodique.
Avantageusement et selon l'invention, le générateur de tension est apte à générer des décharges couronnes entre l'ensemble anodique et l'ensemble cathodique. Avantageusement, le générateur de tension est apte à générer des décharges couronnes dans l'espace inter-cathodique s'étendant à l'intérieur de l'ensemble cathodique et comprenant la portion pointue de l'ensemble anodique. Avantageusement, le générateur de tension est apte à générer des décharges couronnes dans l'espace inter-cathodique s'étendant à l'intérieur de l'ensemble cathodique et à partir de la portion pointue de l'ensemble anodique.
Un tel dispositif selon l'invention est configuré pour permettre la formation de décharges couronnes en polarité positive entre l'ensemble anodique et l'ensemble cathodique par génération d'espèces activées -notamment d'espèces activées non ioniques- à partir de l'air atmosphérique, à la pression et à la température ambiantes conduisant à la formation d'un jet de plasma auto-projeté selon la direction perpendiculaire au plan d'ouverture cathodique, hors de l'espace inter-cathodique en regard de ladite portion pointue d'extrémité axiale, sans utilisation d'aucun moyen externe de production de flux gazeux. En particulier, un tel dispositif est adapté pour éviter la formation d'un arc électrique produisant des espèces ionisées et dissociées à haute température.
Avantageusement et selon l'invention, l'ouverture cathodique est définie par au moins une arête, dite arête active, de la surface cathodique, la(les)dite(s) arête(s) active(s) s'étendant dans le plan d'ouverture cathodique. Le plan d'ouverture cathodique est un plan virtuel sécant avec l'ensemble cathodique.
L'ensemble anodique et l'ensemble cathodique sont alors adaptés pour laisser libre un demi-espace délimité par le plan d'ouverture cathodique au-delà de l'espace inter-cathodique. Cependant, en variante, il est possible que l'ensemble anodique (et la portion pointue) s'étende pour partie sur une certaine distance à l'extérieur de l'espace inter-cathodique au delà du plan d'ouverture cathodique ou, au contraire, à l'intérieur de l'espace inter-cathodique. Le jet de plasma froid est auto-projeté à partir de la portion pointue de l'ensemble anodique dans l'espace s'étendant en regard de ladite portion pointue de l'ensemble anodique.
Avantageusement, le jet de plasma froid auto-projeté se produit à partir de la portion pointue de l'ensemble anodique et dans une direction sensiblement parallèle au rayon de courbure minimum de ladite portion pointue. En outre, le jet de plasma froid auto-projeté se produit à partir de la portion pointue de l'ensemble anodique dans une direction sensiblement orthogonale aux arêtes actives de l'ensemble cathodique
Avantageusement et selon l'invention, l'ensemble anodique comprend au moins une anode cylindrique de révolution autour d'une direction axiale (en forme d'aiguille) et la portion pointue est une portion pointue d'extrémité axiale de ladite anode cylindrique, ladite portion d'extrémité axiale présentant une section, dans au moins un plan axial contenant ladite direction axiale, ayant un rayon de courbure minimum dont la valeur est adaptée pour permettre la formation de décharges à partir de cette portion pointue d'extrémité axiale sous l'effet d'un champ électrique formé par le (les) générateur(s).
Avantageusement et selon l'invention, l'arête active est une arête d'une cathode de l'ensemble cathodique, ladite arête entourant la portion d'extrémité axiale de l'anode cylindrique de l'ensemble anodique à laquelle cette cathode est associée.
Avantageusement et selon l'invention, l'(les) arête(s) active(s) de la (des) cathode(s) présente(nt) au moins un plan de symétrie perpendiculaire au plan d'ouverture cathodique de ladite (desdites) cathode(s), ledit plan d'ouverture cathodique comprenant la portion d'extrémité axiale de chaque anode cylindrique à laquelle cette (ces) cathode(s) est (sont) associée(s), et adaptée(s) pour orienter spontanément le jet de plasma froid perpendiculairement au plan d'ouverture cathodique.
Selon une variante d'un dispositif selon l'invention, la cathode (ou les cathodes) présentent des arêtes actives disposées de façon à occuper les sommets d'un triangle isocèle -en particulier d'un triangle équilatéral-, et la portion pointue d'extrémité axiale de l'anode cylindrique est disposée de façon à occuper le centre de gravité dudit triangle.
Avantageusement et selon l'invention, l'(les) arête(s) active(s) de l'ensemble cathodique présente(nt) en section dans au moins un plan perpendiculaire au plan d'ouverture cathodique, ledit plan perpendiculaire comprenant la portion pointue d'extrémité axiale de l'anode cylindrique, une forme symétrique par rapport à ladite portion pointue d'extrémité axiale à laquelle cet ensemble cathodique est associé. Ainsi, dans un dispositif selon l'invention, l'ensemble cathodique comprend au moins deux portions d'arête active s'étendant dans le plan d'ouverture cathodique symétriquement par rapport à la portion pointue d'extrémité axiale de l'anode cylindrique et est adapté pour orienter spontanément le jet de plasma froid perpendiculairement au plan d'ouverture cathodique.
Avantageusement, dans une variante de réalisation selon l'invention, l'ensemble cathodique présente une arête active présentant en section dans chaque plan perpendiculaire audit plan d'ouverture cathodique, une forme présentant une symétrie par rapport à ladite portion pointue d'extrémité axiale de chaque anode cylindrique à laquelle l'ensemble cathodique est associé. L'arête active de l'ensemble cathodique est une arête active continue s'étendant dans le plan d'ouverture cathodique et de symétrie centrale par rapport à la portion pointue d'extrémité axiale de l'anode cylindrique de l'ensemble anodique.
Avantageusement et selon l'invention, l'arête active de l'ensemble cathodique présente une forme circulaire ou une forme polygonale à centre de symétrie -notamment hexagonale, octogonale, en parallélogramme, préférentiellement en carré-.
Un tel dispositif permet de former une décharge couronne en polarité positive entre l'ensemble anodique et l'ensemble cathodique par génération d'espèces activées à partir de l'air atmosphérique, à la pression et à la température ambiantes conduisant à la formation d'un jet de plasma auto-projeté selon la direction perpendiculaire au plan d'ouverture cathodique, hors de l'espace intercathodique en regard de ladite portion pointue d'extrémité axiale, sans utilisation d'aucun moyen externe de production de flux gazeux.
Avantageusement selon une autre variante de réalisation selon l'invention, l'ensemble cathodique comprend deux plaques cathodiques présentant chacune une arête active rectiligne, lesdites arêtes actives rectilignes des deux plaques cathodiques étant coplanaires, parallèles entre elles et symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan médian comprenant la portion pointue de l'ensemble anodique. L'ensemble anodique peut être formé d'une pluralité d'anodes cylindriques, la portion pointue d'extrémité axiale de rayon de courbure minimum de chaque anode cylindrique s 'étendant dans ledit plan médian et dans le plan d'ouverture cathodique.
Avantageusement et selon l'invention, le rayon de courbure minimum de la portion pointue de l'ensemble anodique est inférieur à 500 μm, notamment compris entre 1 μm et 500 μm, en particulier compris entre 10 μm et
100 μ m. Préférentiellement, le rayon de courbure minimum de la portion pointue de l'ensemble anodique est de l'ordre de 20 μm.
Avantageusement et selon l'invention, la portion pointue de l'ensemble anodique est formée d'un matériau conducteur choisi dans le groupe formé du tungstène, des carbures de tungstène, de l'aluminium et de leurs alliages.
Avantageusement et selon l'invention, le plan d'ouverture cathodique de l'ensemble cathodique est sensiblement perpendiculaire à la direction axiale de l'anode cylindrique. Le jet de plasma est auto-projeté à partir de la portion pointue d'extrémité axiale de l'anode cylindrique selon une direction perpendiculaire au plan d'ouverture cathodique, et parallèle à la direction axiale de l'anode cylindrique.
Cependant, il est aussi possible dans une autre variante que le plan d'ouverture cathodique de l'ensemble cathodique soit incliné par rapport à la direction axiale de l'anode cylindrique. Dans cette variante d'un dispositif selon l'invention, le jet de plasma est auto-projeté à partir de la portion d'extrémité axiale de l'anode cylindrique selon une direction perpendiculaire au plan d'ouverture cathodique, ladite direction n'étant pas parallèle à la direction axiale de l'anode cylindrique.
Avantageusement et selon l'invention, l'(les) arête(s) active(s) de l'ensemble cathodique est (sont) formée(s) d'au moins un matériau conducteur choisi dans le groupe formé du laiton, du cuivre et de leurs alliages.
Avantageusement et selon l'invention, chaque anode cylindrique présente en section transversale perpendiculaire à sa direction axiale, une forme sensiblement discoïdale, dont le diamètre est compris entre 0,5 mm et
3 mm, notamment de l'ordre de 1 mm. Un dispositif selon l'invention comprend donc au moins une anode cylindrique, chaque anode cylindrique présentant une forme pointue dont la pointe est orientée sensiblement selon l'axe longitudinal de ladite anode cylindrique.
Avantageusement, la portion pointue d'extrémité axiale de chaque anode cylindrique, présentant un rayon de courbure minimum s'étend sensiblement dans le plan d'ouverture cathodique de l'ensemble cathodique. Avantageusement, chaque anode cylindrique de l'ensemble anodique et chaque cathode de l'ensemble cathodique sont adaptées pour coopérer et générer des décharges couronnes entre la portion d'extrémité axiale de rayon de courbure minimum de chaque anode cylindrique et l'ensemble cathodique à laquelle ces anodes cylindriques sont associées.
Avantageusement, un dispositif selon l'invention est adapté pour produire un jet de plasma à pression et température ambiantes à une vitesse (vitesse du flux gazeux du jet de plasma mesuré au moyen d'un anémomètre) de l'ordre de 1 m/s à 10 m/s.
Avantageusement, un dispositif selon l'invention présente une taille adaptée pour pouvoir être maintenu, porté et manipulé par un unique utilisateur.
Avantageusement, dans un mode de réalisation préférentiel, un dispositif selon l'invention comprend un ensemble cathodique et un ensemble anodique formés d'une cathode et d'une anode uniques, ladite cathode et ladite anode étant en une ou plusieurs pièces, l'(les) arête(s) active(s) de la cathode entourant la portion d'extrémité axiale de l'anode unique.
L'invention vise aussi l'utilisation d'un tel dispositif pour un traitement d'une surface -notamment pour la décontamination microbiologique de ladite surface- dans lequel ladite surface est disposée dans le jet de plasma auto- projeté.
En effet, les inventeurs ont constaté que l'exposition de bactéries Escherichia coli adhérentes sur une surface solide à un jet de plasma froid généré par un dispositif selon l'invention placé à quelques millimètres de ladite surface solide conduit à une réduction de la flore bactérienne, notamment une division par un facteur 1000 de la population bactérienne initiale après 10 minutes de traitement sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des moyens spécifiques connus en soi de formation d'un flux gazeux dirigé hors de l'espace inter-cathodique.
Ainsi, avantageusement et selon l'invention, on utilise un dispositif d'émission d'un plasma froid auto-projeté selon l'invention pour la décontamination de surfaces, notamment pour le traitement bio-statique et/ou le traitement biocide de ces surfaces.
Avantageusement, on utilise un dispositif selon l'invention pour le traitement d'une surface dans lequel la surface à traiter n'est pas interposée entre les électrodes du générateur de plasma, mais est exposée, à l'extérieur du dispositif, au jet de plasma froid auto-projeté émis par le dispositif selon l'invention.
Avantageusement et selon l'invention, on utilise un dispositif d'émission d'un jet de plasma auto-projeté selon l'invention pour la coagulation sanguine et l'asepsie.
Avantageusement et selon l'invention, on utilise un dispositif d'émission d'un jet de plasma auto-projeté selon l'invention pour la réalisation d'une opération de coagulation sanguine, ou d'établissement et/ou de maintien de l'asepsie.
L'invention concerne également un dispositif, l'utilisation d'un tel dispositif et un procédé caractérisé en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures annexées représentant des modes de réalisation préférentiels de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, et dans lesquelles :
la figure 1 est une représentation en perspective avec arraché hors proportions d'un dispositif selon l'invention,
la figure 2 est une représentation schématique en coupe d'un dispositif selon l'invention, la figure 3 est une représentation avec arraché et hors proportions d'une première variante d'un dispositif selon l'invention,
La figure 4 est une représentation en perspective avec arraché d'une seconde variante d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 5a est un tracé de l'évolution cinétique de l'intensité électrique d'une décharge couronne obtenue dans un dispositif selon l'invention sous une tension de 5,6 kV,
la figure 5b est un tracé de l'évolution cinétique de l'intensité électrique d'une décharge couronne obtenue dans un dispositif selon l'invention sous une tension de 9,1 kV,
la figure 6a est une empreinte spectrale d'une décharge couronne obtenue dans un dispositif selon l'invention,
la figure 6b est une empreinte spectrale du jet plasma auto-projeté obtenu dans un dispositif selon l'invention,
- la figure 7 représente schématiquement une troisième variante d'un dispositif selon l'invention,
la figure 8 représente schématiquement une quatrième variante d'un dispositif selon l'invention,
la figure 9 représente schématiquement une cinquième variante d'un dispositif selon l'invention,
la figure 10 représente schématiquement une sixième variante d'un dispositif selon l'invention,
la figure 11 représente schématiquement une septième variante d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 12 représente schématiquement une huitième variante d'un dispositif selon l'invention,
la figure 13 représente une variante d'un dispositif selon l'invention tel que représenté en figure 2.
Un dispositif 1 d'émission d'un jet de plasma auto-projeté à pression et température ambiantes selon l'invention représenté en figure 1 comprend une cathode 14 conductrice formée d'un tronçon de tube de section cylindrique de révolution, supporté par une pièce 18 d'un matériau électriquement isolant. La cathode 14 est formée d'un matériau conducteur, notamment un métal conducteur choisi dans le groupe formé du cuivre, du laiton ou un alliage conducteur comprenant ces métaux. La cathode 14 comprend une arête 7 active continue formée de l'arête radiale interne du tronçon de tube, s'étendant dans le plan 8 d'ouverture cathodique de la cathode 14 et en regard d'une portion 13 pointue d'extrémité axiale d'une anode 11 cylindrique. En outre, la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique forme un centre de symétrie de l'arête 7 active continue de ladite cathode 14 en regard de la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique et s'étend dans le plan 8 d'ouverture cathodique de la cathode 14. Le tronçon de tube formant la cathode 14 présente un diamètre intérieur compris entre 5 mm et 20 mm. En particulier, le tronçon de tube peut présenter un diamètre intérieur de 5 mm, 10 mm, 13 mm, 14 mm ou 20 mm. Dans ces conditions, la distance séparant la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique et l'arête 7 active de la cathode 14 est respectivement de 2,5 mm, 5 mm, 6,5 mm, 7 mm ou 10 mm. A titre uniquement indicatif, le diamètre extérieur du tronçon de tube formant la cathode 14 est de 30 mm. Cette valeur n'a pas d'influence sur la mise en œuvre du dispositif 1 selon l'invention.
Dans ce dispositif 1 d'émission d'un jet de plasma auto- projeté selon l'invention, la cathode 14 présente, en section droite transversale, un centre de symétrie, ledit centre de symétrie appartenant à l'axe d'allongement de l'anode 11 cylindrique selon sa direction 12 axiale. Cependant, il est possible que seule l'arête 7 active de la cathode 14 présente une section droite transversale admettant un centre de symétrie. Ainsi la cathode 14 peut présenter une forme quelconque, si l'arête 7 active de ladite cathode 14, formée de l'arête interne du tronçon de tube formant la cathode 14, admet un centre de symétrie formé de la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique. Ainsi, la cathode 14 peut présenter une section droite transversale de forme circulaire. L'arête 7 active de la cathode 14 qui est en regard de la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique est alors en section droite transversale dans le plan 8 d'ouverture cathodique de forme circulaire. Dans un dispositif 1 d'émission d'un jet de plasma auto- projeté selon l'invention, il est possible que l'arête 7 active de la cathode 14 présente, en section droite transversale dans le plan 8 d'ouverture cathodique, une forme polygonale présentant un centre de symétrie, en particulier une forme carrée, une forme rectangulaire, une forme hexagonale, une forme octogonale et une forme décagonale. L'arête 7 active continue de la cathode présente en section droite transversale dans le plan 8 d'ouverture cathodique, une forme polygonale présentant un nombre pair de côtés. Il est aussi possible que l'arête 7 active continue de la cathode 14 présente en section droite transversale dans le plan 8 d'ouverture cathodique, une forme polygonale présentant un nombre impair de côtés et admettant au moins un plan de symétrie perpendiculaire au plan 8 d'ouverture cathodique, ledit plan de symétrie comprenant la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique à laquelle cette cathode 14 est associée.
Dans un dispositif 1 d'émission d'un jet de plasma auto- projeté représenté en figure 1, l'anode 11 cylindrique peut être formée d'un cylindre plein formé d'un matériau électriquement conducteur. Il est aussi possible que seule une couche de surface extérieure de l'anode 11 cylindrique soit constituée d'un matériau conducteur relié à un générateur de haute tension, et dans lequel la portion 13 pointue d'extrémité axiale de ladite anode 11 cylindrique présente un rayon de courbure minimum orienté sensiblement selon la direction perpendiculaire au plan 8 d'ouverture cathodique défini par l'(es) arête(s) 7 active(s) de la cathode 14 à laquelle cette anode 11 cylindrique est associée. Ainsi, il est possible que la portion 13 pointue d'extrémité axiale de ladite anode 11 cylindrique présente un rayon de courbure minimum orienté sensiblement selon la direction 12 axiale de l'anode 11 cylindrique.
Dans un dispositif 1 selon l'invention, il est possible qu'une portion d'un matériau solide isolant recouvre la portion de la cathode 14 orientée vers l'extérieur de l'espace 9 inter-cathodique et s' étendant autour de l'arête 7 active de ladite cathode 14, mais sans toutefois couvrir la portion 13 pointue d'extrémité axiale l'anode 11 cylindrique. Dans un dispositif 1 d'émission d'un jet 10 de plasma auto- projeté schématisé en figures 2 et 13, la cathode 14 conductrice est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 19 de mesure de courant. Dans ce mode de réalisation particulier selon l'invention, la valeur de la résistance 19 de mesure, prévue pour mesurer le courant, est de 50 Ω. Le dispositif 1 d'émission d'un jet 10 de plasma selon l'invention comprend en outre une anode 11 cylindrique formée d'un cylindre conducteur, s'étendant selon l'axe du cylindre creux formant la cathode 14, relié électriquement à un générateur 2 de haute tension par l'intermédiaire d'une résistance 20 de charge de 25 MΩ pour limiter le courant dans le cas de la formation d'un arc. Le générateur 2 de haute tension peut être un générateur 2 adapté pour distribuer une alimentation continue ou une alimentation puisée. Le générateur 2 de haute tension est adapté pour délivrer dans l'anode 11 cylindrique une haute tension pouvant atteindre 15 kV.
Dans un dispositif 1 d'émission d'un jet 10 de plasma auto- projeté selon l'invention, la distance séparant la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique et l'arête 7 active de la cathode 14 en regard de ladite portion 13 pointue d'extrémité axiale peut varier selon la structure du dispositif 1. Cependant, dans un tel dispositif 1 selon l'invention, l'obtention d'une décharge couronne en polarité positive génératrice d'un jet 10 de plasma auto- projeté avec des électrodes plus éloignées nécessite l'application d'une haute tension de valeur plus élevée à l'anode 11 cylindrique ou encore une différence de potentiel élevée entre l'anode 11 cylindrique et la cathode 14.
En outre, dans un dispositif 1 d'émission d'un jet 10 de plasma auto-projeté selon l'invention, il est possible de connecter électriquement entre l'anode 11 cylindrique et la cathode 14, un organe 20 de mesure de la tension et/ou de l'intensité du courant électrique aux bornes de la cathode 14 et de l'anode 11 cylindrique, notamment un oscilloscope 20.
L'anode 11 cylindrique et la cathode 14 sont maintenues en position stable au moyen d'une pièce 18 d'un matériau électriquement isolant choisi dans le groupe formé du verre, du quartz, de l'alumine, d'un polymère et de céramique avec laquelle elles sont maintenues solidaires. La portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique s'étend de préférence dans le plan 8 d'ouverture cathodique défini par l'ouverture 5 cathodique de la cathode 14. Il est aussi possible que la portion 13 pointue d'extrémité axiale de rayon de courbure minimum de l'anode 11 cylindrique s'étende axialement hors du plan 8 d'ouverture cathodique de la cathode 14, en particulier à une distance de quelques millimètres, notamment 1 à 2 millimètres au delà ou en deçà du plan 8 d'ouverture cathodique de la cathode 14.
Dans un dispositif 1 selon l'invention, il suffit que la pièce 18 de matériau électriquement isolant ménage un espace libre entre la portion 13 d'extrémité axiale de rayon de courbure minimum de l'anode 11 cylindrique et l'arête 7 active de la cathode 14.
Dans un dispositif 1 selon l'invention représenté en figure 13, la cathode 14 conductrice présente en section dans chaque plan axial de ladite cathode 14, une section de forme carrée. Ainsi dans un dispositif selon l'invention, la cathode 14 de l'ensemble cathodique ne forme pas un rebord de l'espace 9 intercathodique. Les décharges couronnes se produisent alors directement entre l'arête 7 active de la cathode 14 et la portion 13 d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique et conduisent à la formation d'un jet de plasma à partir de ladite portion 13 d'extrémité axiale dans une direction perpendiculaire au plan 8 d'ouverture cathodique et parallèle à la direction axiale de l'anode 11 cylindrique.
Dans une première variante représentée en figure 3, un dispositif 1 d'émission d'un jet 10 de plasma comprend un ensemble 4 cathodique formé de deux plaques 22 cathodiques lamellaires supportées par une pièce 18 formée d'un matériau électriquement isolant. Les deux plaques 22 cathodiques lamellaires présentent chacune une arête 7 active dudit ensemble 4 cathodique, les deux arêtes 7 actives des plaques 22 cathodiques étant parallèles entre elles et définissent le plan 8 d'ouverture cathodique. Un tel dispositif comprend en outre une pluralité d'anodes 11 cylindriques présentant chacune une portion 13 pointue d'extrémité axiale de rayon de courbure minimum, s'étendant en regard des deux arêtes 7 actives de l'ensemble 4 cathodique et formant l'ensemble 3 anodique. Les portions 13 d'extrémité axiale des anodes 11 cylindriques s'étendent dans le plan médian défini par les deux arêtes 7 actives parallèles des deux plaques 22 cathodiques et dans le plan 8 d'ouverture cathodique de l'ensemble 4 cathodique. Lors de la réalisation d'une décharge couronne en polarité positive par mise en œuvre d'un dispositif 1 selon la première variante conforme à l'invention, les inventeurs ont observé la formation d'un jet 10 de plasma sous la forme d'un rideau s'étendant à partir des portions 13 d'extrémités axiales des anodes 11 cylindriques dans le plan médian des deux arêtes 7 actives parallèles des deux plaques 22 cathodiques de l'ensemble cathodique. Dans cette variante d'un dispositif selon l'invention, la tension appliquée à chacune des anodes 11 cylindriques de la pluralité d'anodes 11 cylindriques est sensiblement la même.
Avantageusement, les deux plaques 22 cathodiques sont coplanaires, et les portions 13 d'extrémités axiales des anodes 11 cylindriques de l'ensemble 3 anodique s'étendent dans le plan médian défini par les deux arêtes 7 actives des plaques 22 cathodiques formant la cathode 14. En particulier, les deux plaques 22 cathodiques planes, supportées sur une pièce 18 d'un matériau électriquement isolant et formant la cathode 14, sont de forme sensiblement rectangulaire, et les arêtes 7 actives de chaque plaque 22 cathodique rectangulaire de la cathode 14 en regard de la (des) portion(s) 13 d'extrémité axiale des anodes 11 cylindriques sont sensiblement parallèles entre elles.
Dans une deuxième variante représentée en figure 4, un dispositif 1 d'émission d'un jet 10 de plasma comprend un ensemble 4 cathodique formé d'une cathode 23 extérieure tubulaire et d'une cathode 24 intérieure cylindrique concentriques. La cathode 23 extérieure tubulaire présente une arête 25 active interne formée de l'arête intérieure du tube formant la cathode 23 extérieure tubulaire et s'étendant dans le plan 8 d'ouverture cathodique de l'ensemble 4 cathodique du dispositif 1. La cathode 24 intérieure cylindrique présente aussi une arête 26 active externe formée par l'arête définie par l'extrémité longitudinale plane du cylindre de la cathode 24 intérieure cylindrique et s'étendant dans le plan 8 d'ouverture cathodique. Les arêtes 25, 26 actives de la cathode 23 extérieure tubulaire et de la cathode 24 intérieure cylindrique sont formées d'un métal ou d'un alliage de métaux conducteur. Un dispositif 1 d'émission d'un jet 10 de plasma représenté en figure 4 comprend en outre un ensemble 3 anodique formé d'une pluralité d'anodes 11 cylindriques présentant chacune selon leur direction axiale une portion 13 pointue d'extrémité axiale dont la section dans au moins un plan axial présente un rayon de courbure minimum adapté pour permettre la formation d'une décharge couronne en polarité positive. En particulier, la portion 13 pointue d'extrémité axiale de chaque anode 11 cylindrique s'étend dans le plan 8 d'ouverture cathodique de l'ensemble 4 cathodique. Chaque anode 11 cylindrique de l'ensemble 3 anodique est positionnée de façon que la portion 13 d'extrémité axiale de chaque anode 11 cylindrique, l'arête 25 active interne de la cathode 23 extérieure et l'arête 26 active externe de la cathode 24 intérieure soient sensiblement alignées dans le plan 8 d'ouverture cathodique du dispositif 1, et de telle façon que la portion 13 pointue d'extrémité axiale de chaque anode 11 cylindrique soit équidistante de l'arête 25 active interne de la cathode 23 extérieure et de l'arête 26 active externe de la cathode 24 intérieure.
Dans une troisième variante représentée schématiquement en figure 7, un dispositif 1 selon l'invention comprend un ensemble 4 cathodique formé de deux plaques 22 cathodiques présentant chacune une arête 7 active rectiligne continue en forme de segment, lesdits segments 7 actifs des deux plaques 22 cathodiques formant l'ensemble 4 cathodique étant coplanaires et non parallèles. Avantageusement, les segments 7 actifs des deux plaques 22 cathodiques forment entre eux un angle aigu et sont symétriques par rapport au plan 17 médian défini par les deux segments 7 actifs des deux plaques 22 cathodiques, ledit plan médian comprenant la (les) portion(s) 13 d'extrémité(s) axiale(s) de ladite (desdites) anode(s) 11 cylindrique(s) à laquelle les plaques 22 cathodique de l'ensemble 4 cathodique sont associées. Dans cette variante d'un dispositif selon l'invention, la plus courte distance séparant les segments 7 actifs en regard des deux plaques 22 cathodiques est variable et la distance séparant chaque portion 13 d'extrémité axiale de chaque anode 11 cylindrique à laquelle ces plaques 22 cathodiques sont associées à travers l'espace 9 inter-cathodique est aussi variable. Par conséquence, la tension appliquée à chaque anode 11 cylindrique sera différente : cette tension appliquée est plus faible pour l'anode 11 cylindrique la plus proche des segments 7 actifs, et plus élevée pour l'anode cylindrique la plus éloignée des segments 7 actifs.
Dans une quatrième variante, représentée schématiquement en figure 8, d'un dispositif 1 selon l'invention, l'arête 7 active de la cathode 14 est une arête 7 active continue formée d'une pluralité de segments d'arêtes 7 actives en regard de la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique à laquelle la cathode 14 est associée. Dans cette variante d'un dispositif 1 selon l'invention, les segments d'arêtes 7 actives forment un hexagone régulier, s'étendent dans le plan 8 d'ouverture cathodique de la cathode 14 et sont répartis dans ce plan 8 d'ouverture cathodique de façon que les segments d'arêtes 7 actives admettent deux à deux une symétrie centrale par rapport à la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique à laquelle cette cathode 14 est associée.
Il est aussi possible que dans un dispositif 1 d'émission d'un jet 10 de plasma auto-projeté, l'arête 7 active de la cathode 14 forme les côtés et/ou les sommets d'un polyèdre régulier s'étendant dans le plan 8 d'ouverture cathodique, dans lequel la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'ensemble 3 anodique s'étend aussi sensiblement dans le plan 8 d'ouverture cathodique, et forme le centre du cercle circonscrit au polyèdre régulier. En particulier, le polyèdre régulier peut être un triangle équilatéral, un carré, un pentagone régulier, un hexagone régulier, un heptagone régulier, un octogone régulier et tout autre polyèdre régulier à nombre de côtés et de sommets supérieurs.
Dans une cinquième variante, représentée schématiquement en figure 9, d'un dispositif selon l'invention, l'arête 7 active de la cathode 14 est formée d'une pluralité de segments actifs discontinus s'étendant dans le plan 8 d'ouverture cathodique de l'ensemble 4 cathodique. En outre, les segments 7 actifs sont répartis dans le plan 8 d'ouverture cathodique de la cathode 14 de façon que les segments 7 actifs admettent deux à deux une symétrie centrale par rapport à la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique à laquelle cette cathode 14 est associée. Il est aussi possible que la distribution des segments 7 actifs admette un centre de symétrie formé de la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique à laquelle la cathode 14 est associée. Dans une sixième variante, représentée schématiquement en figure 10, d'un dispositif 1 selon l'invention, l'ensemble 4 cathodique est formé d'une pluralité de cathodes 14 reliées à la masse. Chaque cathode 14 présente une arête 7 active s'étendant dans le plan d'ouverture cathodique de l'ensemble 4 cathodique, ledit plan d'ouverture cathodique comprenant la portion 13 pointue d'extrémité axiale d'une anode 11 cylindrique.
Dans une septième variante, représentée schématiquement en figure 11, un dispositif 1 selon l'invention comprend un ensemble 4 cathodique formé de deux fils 28 conducteurs coplanaires, les deux fils 28 conducteurs coplanaires formant chacun une arête 7 active de l'ensemble 4 cathodique, s'étendant en regard de la portion 13 pointue d'extrémité axiale d'au moins une anode 11 cylindrique, la(les) portion(s) 13 d'extrémité axiale de chaque anode 11 cylindrique s'étendant dans le plan 8 d'ouverture cathodique formé par les arêtes 7 actives des fils 28 conducteurs coplanaires, et s'étendant dans le plan 17 médian desdites arêtes 7 actives auxquelles cet ensemble 3 anodique est associé.
Dans une huitième variante, représentée schématiquement en figure 12, un dispositif 1 selon l'invention comprend un ensemble 4 cathodique, formé de deux plaques 22 cathodiques présentant chacune une arête 7 active, les deux arêtes actives étant coplanaires et parallèle l'une à l'autre, et un ensemble 3 anodique s'étendant longitudinalement entre les deux plaques 22 cathodiques et présentant une portion 6 pointue s'étendant longitudinalement dans le plan médian des arêtes 7 actives des deux plaques 22 cathodiques et dans le plan d'ouverture 8 cathodique de l'ensemble 4 cathodique vers l'extérieur de l'espace inter-cathodique diélectrique.
Dans une variante non représentée d'un dispositif 1 selon l'invention, la cathode 14 peut présenter une forme de disque de faible épaisseur, notamment de quelques millimètres d'épaisseur, évidé en son centre et supporté par une pièce 18 d'un matériau électriquement isolant, ledit centre évidé de la cathode 14 ménageant un espace occupé en partie pour la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique. En particulier, dans cette configuration, l'arête 7 active de la cathode 14 présente en section dans chaque plan radial, une forme symétrique par rapport à ladite portion 13 pointue d'extrémité axiale de cette anode 11 cylindrique et l'arête 7 active de la cathode 14, formé par l'épaisseur dudit disque évidé en son centre, est en regard de la portion 13 pointue d'extrémité axiale de l'anode 11 cylindrique.
Dans une autre variante non représentée selon l'invention, un dispositif comprend un ensemble 3 anodique formé d'une pluralité d'anodes dont les portions 13 d'extrémités axiales sont coplanaires et un ensemble 4 cathodique formé d'une pluralité de cathodes 14 comprenant des arêtes 7 actives coplanaires, le plan 8 d'ouverture cathodique de l'ensemble 4 cathodique comprenant les portions 13 d'extrémités axiales des anodes, lesdites arêtes 7 actives des cathodes 14 étant réparties régulièrement autour des portions 13 d'extrémités axiales des anodes et formant un réseau plan, notamment un réseau de type hexagonal, de type carré ou de type triangulaire.
EXEMPLE 1 - Dispositif d'émission d'un jet plasma auto- soufflé.
On réalise un dispositif plasma selon l'invention dans lequel l'anode conductrice est formée d'un cylindre de tungstène dont le diamètre de la section droite transversale est de l'ordre de 1 mm. Le rayon de courbure minimum de la portion axiale de l'extrémité de ladite anode, est de 20 μm. La cathode est formée d'un cylindre creux en cuivre présentant une section droite transversale dont le diamètre intérieur est de 13 mm et le diamètre extérieur est de 30 mm. La cathode cylindrique est supportée par un cylindre creux isolant en céramique (alumine) de 8 mm d'épaisseur qui est lui-même adapté pour maintenir en position axiale l'anode conductrice. On réalise un tel dispositif de façon que l'extrémité axiale de l'anode se situe dans le plan d'ouverture de la cathode.
Dans cette configuration, l'anode et la cathode sont en contact avec l'air atmosphérique à la pression et à la température ambiante, c'est-à-dire à une température proche de 220C. On applique à l'anode une tension croissante et maximale de 15 kV. Les inventeurs ont observé, jusqu'à partir d'une valeur seuil de tension de 2,6 kV, la formation d'une décharge couronne non répétitive et occupant un petit volume à proximité immédiate de l'extrémité axiale de l'anode. Le courant instantané maximum généré par cette décharge couronne et mesuré sur l'oscilloscope est de 0,9 mA. Cette décharge couronne non répétitive a été observé jusqu'à une valeur de tension de 5,3 kV. Au-delà de cette valeur seuil de 5,3 kV, une décharge couronne répétitive, avec une fréquence de répétition de l'ordre de plusieurs kHz est révélée par l'apparition d'un halo couronne formé d'un plasma de couleur bleutée s'étendant dans l'atmosphère le long de l'axe longitudinal de l'anode et sur une distance d'environ 10 mm au-delà de l'extrémité axiale de ladite anode et d'un diamètre de l'ordre de 3 mm.
Ce jet de plasma est stable pour une tension comprise entre 5,3 kV et 9,1 kV et augmente en intensité lumineuse proportionnellement avec l'augmentation de la tension. Au-delà d'une tension de 9,1 kV, apparaissent des étincelles dans l'espace inter-électrodes entre l'anode et la cathode correspondant à la formation d'une décharge électrique de type arc électrique, non souhaité dans ce mode de fonctionnement.
Les inventeurs ont remarqué, en passant la main dans l'espace libre faisant face à l'extrémité axiale de l'anode et à une distance supérieure à 10 cm de ladite extrémité axiale de l'anode, l'émission d'un flux gazeux selon la direction axiale de l'anode et orienté vers l'extérieur de l'espace inter-électrodes et dont la vitesse de déplacement a été évaluée au moyen d'un anémomètre millimétrique à hélice, de 1 m/s à 10 m/s.
La température du jet de plasma a été évaluée à l'extrémité distale du halo couronne, c'est-à-dire à approximativement 10 mm de la portion d'extrémité axiale de l'anode de rayon de courbure minimum à environ 270C, soit une température légèrement supérieure à la température ambiante.
EXEMPLE 2 - Caractérisation du courant instantané généré par la décharge couronne.
On mesure au moyen d'un oscilloscope la variation de l'intensité du courant électrique produit par la décharge couronne. Les profiles cinétiques d'intensité du courant électrique instantané sont donnés en figure 5a et 5b respectivement pour des tensions appliquées de 5,6 kV (figure 5a) et de 9,1 kV (figure 5b). L'intensité maximale du courant électrique instantané généré par la décharge couronne est de 2,4 mA pour une tension d'alimentation de 5,6 kV et de 16 mA pour une tension d'alimentation de 9,1 kV. La fréquence naturelle de répétition d'une telle décharge couronne dans ces conditions est d'environ 20 kHz.
EXEMPLE 3 - Caractérisation spectrale du jet plasma auto- soufflé.
Des spectres analytiques, représentés en figures 6a et 6b, ont été réalisés dans la gamme de longueur d'onde du visible et visant d'une part axialement la zone de décharge environnant la pointe anodique et d'autre part le sommet du jet plasma à environ 10 mm au dessus du jet plasma. Ces spectres caractérisent respectivement les espèces excitées présentes dans la décharge couronne (figure 6a) et dans le jet de plasma à plus grande distance de l'anode (figure 6b). Le tracé spectral en figure 6a montre la présence de bandes caractéristiques d'espèces excitées radiatives en particulier de l'azote, notamment les bandes spectrales de transition du second système positif (noté SSP ; N2(C3πu,υ) → N2(B3π * gg,'υ ') + hv) et du premier système négatif (noté PSN ; N+ 2(B2Σ+ U,υ)
-→ N 2(X r2r Σ+ g,υ ') + hv). On observe que la bande spectrale PSN relative à la désexcitation de l'ion N+ 2(B2Σ+ U,υ) est présente dans le spectre de la décharge couronne (figure 6a et encadré de la figure 6a) alors qu'elle est absente dans le spectre du jet de plasma (figure 5b et encadré de la figure 5b).
EXEMPLE 4 - Influence du rayon de courbure minimum de l'extrémité axiale de l'anode sur l'intensité du courant instantané maximum généré par la décharge couronne.
On réalise un dispositif plasma selon l'invention dans lequel la cathode est formée d'un cylindre conducteur de diamètre extérieur de 30 mm et de diamètre intérieur de 10 mm, et dans lequel l'anode conductrice est formée d'un cylindre de tungstène dont le diamètre de la section droite transversale est de l'ordre de 1 mm. On applique une tension continue à l'anode adaptée pour générer une décharge couronne dans l'air ambiant et à pression atmosphérique et dont la valeur ne varie que peu pour les différents rayons de courbure minimum étudiés. Les intensités de courant instantané maximum générés par la décharge couronne sont données dans le tableau 1 ci-après. On mesure en outre la longueur (mm) de la partie du jet plasma généré et projeté par décharge couronne dans l'air ambiant qui est visible à l'œil en l'absence de lumière parasite extérieure, en particulier à l'obscurité.
Figure imgf000029_0001
Tableau 1
On observe une augmentation de l'intensité de courant instantané maximum de décharge avec l'augmentation du rayon de courbure minimum. La longueur mesurée du jet plasma ne varie pas sensiblement avec la valeur du rayon de courbure minimum de l'extrémité apicale de l'anode. Les inventeurs ont aussi observé que la largeur de la partie visible du jet plasma généré et projeté par décharge couronne dans l'air ambiant augmente avec l'augmentation de la valeur du rayon de courbure. La décharge couronne à l'origine du jet plasma est générée au sommet de la pointe avec une fréquence de répétition naturelle d'environ 20 kHz.
EXEMPLE 5 - Influence de la valeur du diamètre intérieur
(Φint ) de la cathode sur la tension appliquée à l'anode sur la formation de décharge couronne et sur la longueur du jet plasma obtenu.
On réalise un dispositif plasma selon l'invention dans lequel la cathode est formée d'un cylindre conducteur de diamètre extérieur de 30, et dans lequel l'anode conductrice est formée d'un cylindre de tungstène dont le diamètre de la section droite transversale est de l'ordre de 1 mm et dont le rayon de courbure minimum de l'extrémité apicale est de 10 μm. On applique une tension continue à l'anode adaptée pour générer une décharge couronne dans l'air ambiant et à pression atmosphérique. Les valeurs de la tension nécessaire pour générer la décharge couronne et les intensités de courant instantané maximum générés par ladite décharge couronne sont données dans le tableau 2 ci-après. On mesure en outre la longueur (mm) de la partie du jet plasma généré et projeté par décharge couronne dans l'air ambiant qui est visible à l'œil en l'absence de lumière parasite extérieure, en particulier à l'obscurité.
Figure imgf000030_0001
Tableau 2
On observe que l'intensité de courant instantané ne varie pas avec la valeur du diamètre intérieur (Φint ) de la cathode, que la tension à appliquer à l'anode pour obtenir la décharge couronne augmente avec la distance séparant la cathode et la partie apicale de l'anode, et que la longueur (mm) de la partie du jet plasma généré et projeté par décharge couronne dans l'air ambiant qui est visible à l'œil en l'absence de lumière parasite extérieure, en particulier à l'obscurité augmente avec ladite distance.
EXEMPLE 6 - Traitement bactéricide et/ou bactériostatique On réalise une culture bactérienne de Esche richia coli à la surface d'un support solide et on soumet cette culture bactérienne à un jet de plasma auto-projeté selon l'invention. On place le dispositif d'émission de jet plasma à quelques millimètres de la surface supportant les bactéries E. coli. Après environ 10 minutes d'exposition de la surface contaminée au jet de plasma auto- projeté selon l'invention, on observe une diminution de la population bactérienne viable de l'ordre de 3 log (la population bactérienne initiale est divisée par 1000). Ce résultat est similaire à celui déjà obtenu par d'autres types de réacteur plasma utilisant en particulier une post-décharge en flux généré par micro-ondes à pression réduite.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Dispositif (1) d'émission d'un jet (10) de plasma à pression et température ambiantes comprenant un générateur (2) de champ électrique apte à générer des décharges entre un ensemble (3) anodique et un ensemble (4) cathodique, dans lequel :
l'ensemble (4) cathodique est conformé de façon à définir un espace diélectrique, dit espace (9) inter-cathodique :
o s'étendant à l'intérieur de l'ensemble (4) cathodique et en regard d'au moins une surface cathodique dudit ensemble (4) cathodique, et, o présentant au moins une ouverture (5) cathodique débouchant vers l'extérieur de l'espace (9) inter-cathodique,
o ladite ouverture (5) cathodique est définie par au moins une arête, dite arête (7) active, de la surface cathodique, la(les)dite(s) arête(s) (7) active(s) s'étendant dans un plan, dit plan (8) d'ouverture cathodique, - l'ensemble (3) anodique comprend au moins une portion, dite portion (6) pointue, présentant un rayon de courbure minimum, orientée vers l'extérieur de l'espace (9) inter-cathodique et disposée latéralement et en profondeur par rapport à l'ouverture (5) cathodique de l'ensemble (4) cathodique ; ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce que la portion (6) pointue de l'ensemble (3) anodique est disposée de façon à s'étendre jusqu'au plan (8) d'ouverture cathodique, et de façon à pouvoir provoquer une émission d'un jet (10) de plasma projeté spontanément selon une orientation prédéterminée vers l'extérieur de l'espace (9) inter-cathodique.
2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan (8) d'ouverture cathodique s'étend tangentiellement à la portion (6) pointue de l'ensemble (3) anodique.
3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur (2) de champ électrique est apte à générer des décharges couronnes.
4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ensemble (3) anodique comprend au moins une anode (11) cylindrique de révolution autour d'une direction (12) axiale et en ce que la portion (6) pointue est une portion (13) pointue d'extrémité axiale de ladite anode (11) cylindrique, ladite portion (13) pointue d'extrémité axiale présentant une section dans au moins un plan axial contenant ladite direction (12) axiale ayant un rayon de courbure minimum dont la valeur est adaptée pour permettre la formation de décharges à partir de cette portion (13) pointue d'extrémité axiale sous l'effet d'un champ électrique formé par le (les) générateur(s) (2).
5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'arête (7) active est une arête d'une cathode (14) de l'ensemble (4) cathodique, ladite arête entourant la portion (13) pointue d'extrémité axiale de l'anode (11) cylindrique de l'ensemble (3) anodique à laquelle cette cathode (14) est associée.
6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'(les) arête(s) (7) active(s) de la (des) cathode(s) (14) présente(nt) au moins un plan de symétrie perpendiculaire au plan (8) d'ouverture cathodique de ladite (desdites) cathode(s) (14), ledit plan (8) d'ouverture cathodique comprenant la portion (13) pointue d'extrémité axiale de chaque anode (11) cylindrique à laquelle cette (ces) cathode(s) (14) est (sont) associée(s), et adaptée(s) pour orienter spontanément le jet (10) de plasma froid perpendiculairement au plan (8) d'ouverture cathodique.
Il Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'(les) arête(s) (7) active(s) de l'ensemble (4) cathodique présente(nt) en section dans au moins un plan perpendiculaire au plan (8) d'ouverture cathodique, ledit plan perpendiculaire comprenant la portion (13) pointue d'extrémité axiale de l'anode (11) cylindrique, une forme symétrique par rapport à ladite portion (13) pointue d'extrémité axiale de l'anode (11) cylindrique à laquelle cet ensemble (4) cathodique est associé.
8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble (4) cathodique présente une arête (7) active présentant en section dans chaque plan perpendiculaire audit plan (8) d'ouverture cathodique, une forme présentant une symétrie par rapport à ladite portion (13) pointue d'extrémité axiale de chaque anode (11) cylindrique à laquelle ledit ensemble (4) cathodique est associé.
9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'arête (7) active de l'ensemble (4) cathodique présente une forme circulaire ou une forme polygonale à centre de symétrie -notamment hexagonale, octogonale, en parallélogramme ou en carré-.
10/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ensemble (4) cathodique comprend deux plaques (22) cathodiques présentant chacune une arête (7) active rectiligne, lesdites arêtes (7) actives rectilignes des deux plaques (22) cathodiques étant coplanaires et parallèles entre elles et symétriques par rapport au plan (17) médian des arêtes (7) actives rectilignes des deux plaques (22) cathodiques, ledit plan (17) médian comprenant la portion (6) pointue de l'ensemble (3) anodique.
11/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le rayon de courbure minimum de la portion (6) pointue de l'ensemble (3) anodique est inférieur à 500 μm, notamment compris entre 1 μm et 500 μm, en particulier compris entre 10 μm et 100 μm.
12/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la portion (6) pointue de l'ensemble (3) anodique est formée d'un matériau conducteur choisi dans le groupe formé du tungstène, des carbures de tungstène, de l'aluminium et de leurs alliages.
13/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que le plan (8) d'ouverture cathodique de l'ensemble (4) cathodique est sensiblement perpendiculaire à la direction (12) axiale de l'anode (11) cylindrique.
14/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'(les) arête(s) (7) active(s) de l'ensemble (4) cathodique est (sont) formée(s) d'au moins un matériau conducteur choisi dans le groupe formé du laiton, du cuivre et de leurs alliages.
15/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 14, caractérisé en ce que chaque anode (11) cylindrique présente en section transversale perpendiculaire à sa direction (12) axiale, une forme sensiblement discoïdale, dont le diamètre est compris entre 0,5 mm et 3 mm, notamment de l'ordre de 1 mm.
16/ Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 15 pour un traitement d'une surface dans lequel ladite surface est disposée dans le jet (10) de plasma auto-projeté.
17/ Utilisation selon la revendication 16 d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 15 pour la décontamination de surface, notamment pour le traitement bio- statique et/ou le traitement biocide de surfaces.
18/ Utilisation selon l'une des revendications 16 et 17 d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 15 pour la coagulation sanguine et l'asepsie.
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