Propagation du Plasma et Transport des Espèces Réactives dans les Milieux Poreux : Des Mécanismes Fondamentaux aux Applications en Biologie

Les Plasmas Froids Atmosphériques (PFA) sont des gaz faiblement ionisés produits par des décharges électromagnétiques qui opèrent à des températures proches de l'ambiante, ce qui les rend particulièrement adaptés au traitement direct d'organismes vivants et de matériaux thermosensibles. Le domaine de l'interaction des PFA avec les matériaux biologiques est devenu un axe de recherche majeur, englobant à la fois la physique fondamentale des plasmas et des applications diverses incluant la médecine par plasma, la remédiation environnementale, et les technologies de purification de l'eau et de l'air. Les PFA peuvent être générés dans l'air ambiant ou en contact direct avec divers substrats, notamment des surfaces solides, des interfaces liquides et des tissus vivants. La plupart des PFA se manifestent sous forme d'ondes d'ionisation qui se propagent à des vitesses approchant 10⁵-10⁶ m/s, transportant des champs électriques intenses (10-100 kV/cm) sur des longueurs de propagation caractéristiques de quelques millimètres. Les Jets de Plasma Atmosphérique (JPA) représentent une classe spécifique de PFA qui se propagent à travers des capillaires diélectriques alimentés par un flux de gaz noble, atteignant des longueurs de propagation remarquablement étendues pouvant aller de plusieurs centimètres à plusieurs mètres. Lorsque les PFA interagissent avec des matériaux poreux—tels que les textiles, les tissus biologiques, les pansements ou les membranes poreuses—le comportement du plasma devient significativement plus complexe qu'avec des surfaces planes non poreuses. La structure interconnectée des pores crée des chemins tortueux qui modifient la dynamique de propagation du plasma, les patterns d'écoulement gazeux et le transport des espèces réactives. La perméabilité gazeuse à travers la matrice poreuse influence la distribution des espèces réactives de l'oxygène et de l'azote (RONS) générées par le plasma, tandis que le rapport surface/volume élevé des matériaux poreux favorise les réactions chimiques hétérogènes à l'interface gaz-solide. De plus, les effets capillaires dans les milieux poreux imprégnés de liquide—tels que l'exsudat de plaie dans les tissus biologiques—créent des mécanismes supplémentaires d'interaction plasma-liquide au sein du réseau poreux tridimensionnel. La compréhension de ces interactions multiphasiques est cruciale pour optimiser les traitements par PFA des plaies, la stérilisation de dispositifs médicaux poreux et la fonctionnalisation de matériaux textiles. L'objectif de cette thèse est d'étudier les mécanismes fondamentaux régissant la propagation des PFA et le transfert d'énergie aux interfaces liquides et poreuses. Cette recherche s'appuiera sur une approche principalement expérimentale, complétée par une modélisation théorique et/ou des simulations numériques afin d'élucider les interactions plasma-surface complexes dans ces géométries difficiles. Plusieurs aspects seront étudiés : Dynamique de Propagation du Plasma dans des Géométries Complexes Transport et Distribution des Espèces Réactives dans les Milieux Poreux Interactions Plasma Multiphasiques aux Interfaces Poreuses Imprégnées de Liquide Ces axes de recherche abordent la physique fondamentale tout en maintenant des liens clairs avec les applications pratiques en médecine et pour la germination des graines. École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Direction : ANTOINE ROUSSEAU Financement : Concours IPP ou école membre