Torche à plasma

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Image d'une torche à plasma à analyse, vue à travers une vitre de protection verte.

Une torche à plasma est un type de source plasma pouvant générer une post-décharge, c'est-à-dire entraîner un gaz (partiellement) ionisé et excité dans une région située au delà de l'espace inter-électrodes. Cette post-décharge est généralement utilisée dans des applications de traitement de surface (décontamination, fonctionnalisation, texturisation, gravure, etc.). Une classification des torches plasma consiste à les différentier sur la base de leurs propriétés thermiques en considérant d'une part celles pouvant générer des post-décharges hors équilibre thermique (plasmas froids) et d'autre part celles dont les post-décharges sont à l'équilibre thermique (plasmas thermiques).

Classification des torches à plasma[modifier | modifier le code]

Cas des post-décharges hors-équilibre thermique[modifier | modifier le code]

Typiquement, une torche à plasma froid possède une configuration dynode dans laquelle l'électrode excitatrice est portée à un potentiel radiofréquencé (RF), l'autre électrode restant à la masse. La géométrie de l'électrode de masse est toujours ouverte pour permettre au gaz ionisé entre les électrodes de s'étendre vers l'extérieur de la source et ainsi former la post-décharge[1]. La post-décharge est hors équilibre thermique (et donc hors équilibre thermodynamique) parce que d'une part toutes les espèces ne sont pas ionisées et d'autre part la température des espèces ionisées diffère de celle du gaz. Ce type de torche est particulièrement utilisé pour le traitement de surfaces polymères[1] dont les températures de fusion et de transition vitreuse sont généralement de quelques centaines de degrés Celsius tout au plus.

Ce type de torche est généralement alimenté par un mélange de gaz :

  • Un gaz vecteur qui permet d'allumer et de stabiliser le plasma. Il s'agit généralement d'un gaz noble (argon, hélium).
  • Un gaz réactif, dont la nature dépend des applications visées (gravure, dépôt, texturisation, fonctionnalisation[2]). Il peut s'agir d'oxygène, d'azote, d'hydrogène, de CO2, etc.

Cas des post-décharges à l'équilibre thermique[modifier | modifier le code]

La torche ICP[modifier | modifier le code]

L'acronyme ICP (Inductively Coupled Plasma) désigne un plasma couplé par induction. Le plasma est obtenu par application d'un champ magnétique sur un gaz qui circule à l'intérieur de la bobine d'induction. Cet outil est très répandu dans les spectromètres pour l'analyse chimique.

La torche plasma à cathode chaude[modifier | modifier le code]

Il s'agit d'un plasma d'arc transféré ou non transféré. L'un des pieds de l'arc reste à l'intérieur de la torche, accroché sur une électrode en pointe (généralement en tungstène ou hafnium) et l'autre pied d'arc est accroché au support à découper (cas de l'arc transféré) ou sur une électrode tubulaire (cas de la projection thermique de céramique).

La torche plasma à cathode froide[modifier | modifier le code]

La torche plasma à cathode froide est un plasma d'arc non transféré. Les deux pieds de l'arc restent à l'intérieur de la torche; chacun est accroché sur des électrodes tubulaires. Les applications industrielles de cet outil concernent la destruction de déchets ou encore la production de matériaux avancés.

Applications[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b (en) T. Dufour, « Chemical mechanisms inducing a dc current measured in the flowing post-discharge of an RF He-O2 plasma torch », Plasma Sources Science and Technology, no Volume 21 Number 4,‎ 2012, p. 045013 (lire en ligne)
  2. (en) T. Dufour, « PTFE Surface Etching in the Post-discharge of a Scanning RF Plasma Torch: Evidence of Ejected Fluorinated Species », Plasma Processes and Polymers, no Volume 9, Issue 8,‎ août 2012, p. 820-829 (lire en ligne)