Le plasma constitue 99% de la matière de l’univers, y compris les étoiles et le soleil. Sur terre, le plasma se manifeste par de magnifiques motifs dans le ciel – les aurores boréales et les éclairs. Vous en voyez aussi lorsque vous regardez des néons, des boules de plasma, des téléviseurs à plasma, certains phares de voiture et plus encore. Également connu comme le quatrième état de la matière, le plasma joue un rôle clé dans un nombre croissant de domaines scientifiques, des matériaux aux soins de santé.
Le plasma est le résultat de certains ingrédients et d’une réaction au niveau atomique : Le plasma peut être produit en laboratoire en chauffant un gaz à une température extrêmement élevée. Cela provoque des collisions si violentes entre ses atomes et ses molécules que les électrons sont arrachés librement, fournissant ainsi les électrons et les ions nécessaires à la fabrication du plasma.
Selon le gaz utilisé, on peut produire différentes couleurs de plasma. Le gaz argon est le gaz utilisé pour créer le fameux plasma avec une belle lueur violette.
Alors que le plasma est naturellement présent dans l’espace et qu’il doit généralement être créé artificiellement sur Terre, il est en fait plus facile à maintenir sur Terre. En raison des conditions contrôlées, il y a moins de collisions entre les atomes, ce qui rend le maintien du plasma « artificiel » plus facile que celui du plasma « naturel » dans l’espace.
Le plasma a de plus en plus d’utilisations dans la science. En plus d’un large éventail d’utilisations dans les sciences des matériaux, il a montré des applications prometteuses pour le traitement du cancer, le traitement de la peau et la désinfection des plaies. Il peut aussi être utilisé comme vecteur pour enrober des molécules sur différentes surfaces afin d’améliorer et/ou de modifier les propriétés, même pour les implants dentaires où il améliore la biocompatibilité, antibactérienne.
Les scientifiques l’utilisent par exemple pour graver des lignes à la surface des cellules solaires, car il permet de tracer des lignes de seulement quelques nanomètres de large ainsi que de déposer un matériau de quelques nm d’épaisseur. IL est couramment utilisé par tous les fabricants de semi-conducteurs pour la production de puces et de microprocesseurs, que l’on trouve dans chaque smartphone, voiture, ordinateur et autres.
Rendre les valves sous-marines plus durables ; des revêtements antibactériens pour de meilleurs implants dentaires ; des nanoparticules d’or pour la fabrication 3D ; des revêtements pour rendre les lentilles autonettoyantes ; des revêtements super noirs pour la recherche spatiale ; des revêtements hydrophobes – ce ne sont que quelques exemples des nombreux domaines dans lesquels les chercheurs du Luxembourg utilisent le plasma !
Dépôt physique en phase vapeur – revêtement de matériaux à l’aide de plasma
Comment les scientifiques enduisent-ils les matériaux à l’aide de plasma ? À l’aide d’une technique appelée dépôt physique en phase vapeur, ils placent le matériau à revêtir à l’intérieur d’une machine dédiée, dont certaines ont été conçues au Luxembourg, au Groupe de génie des procédés et des plasmas du LIST.
“Nous prenons les ions du plasma – généralement de l’azote ou de l’argon gazeux – et ils éclatent la matière et la déposent sur le matériau à recouvrir. On l’utilise principalement pour les revêtements durs, en les rendant résistants à l’oxydation à haute température »,
explique le physicien Simon Bulou, qui est chercheur dans le groupe depuis plusieurs années.
Un robot à plasma aide à revêtir des implants dentaires
Les physiciens, chimistes et ingénieurs qui travaillent avec le plasma n’utilisent pas seulement le plasma pour revêtir des objets – améliorer les machines utilisées dans tous ces efforts constitue aussi une grande partie de leur travail. Certains pour la recherche, d’autres pour rendre les processus industriels plus efficaces. Les scientifiques du groupe d’ingénierie des procédés plasma ont construit, ou amélioré, une grande partie des machines du laboratoire.
L’une d’entre elles est un bras robotique équipé d’une torche à plasma – le Robot Plasma. Il permet de revêtir des objets complexes avec beaucoup de détails, comme des implants dentaires ou encore des vis insérées dans la structure osseuse. Les chercheurs utilisent par exemple le Robot Plasma pour doter les implants dentaires d’un revêtement antibactérien, dans le but d’améliorer la structure osseuse dentaire et d’éviter tout rejet de l’implant.
Des nanoparticules en or liquide pour une fabrication 3D plus sécurisée
Les nanoparticules jouent un rôle important dans l’impression 3D, mais elles ne sont pas très saines et sont généralement fabriquées à partir de poudre. Dans le cadre d’un projet, le chercheur du LIST Simon Bulou a construit sa propre torche à plasma atmosphérique pour en créer et en immobiliser directement sur des surfaces à partir d’une solution liquide.
L’objectif est de produire des nanoparticules d’or et de titane pour la fabrication additive, le « truc à la mode » comme le souligne le chercheur Simon – la fabrication additive est aussi connue sous le nom d’impression 3D, la construction d’un objet tridimensionnel à partir d’un modèle numérique 3D.
Les nanoparticules en or ont montré un énorme potentiel dans de nombreux domaines, comme l’amélioration de l’administration de médicaments dans notre système, l’amélioration des cellules solaires, la décontamination de l’eau, etc. Leur potentiel a été limité par leur utilisation peu pratique et peu sûre – les créer et les appliquer directement sur le produit final élimine ces obstacles.
Repousse et collecte pour une meilleure 5G
Un autre revêtement produit en laboratoire crée une couche qui est à la fois extrêmement hydrofuge et hydrophile. Difficile à imaginer ? Jetez un coup d’œil ci-dessous !
Le laboratoire travaille sur un projet ayant une application directe : Les antennes 5G émettent des micro-ondes, et elles absorbent l’eau, ce qui est mauvais pour la qualité du signal. Grâce à ce revêtement, ce ne sera plus un problème !
A propos du Plasma Process Engineering Group
Le groupe Plasma Process Engineering Group du LIST, dirigé par Patrick Choquet, développe une expertise fondamentale et technologique dans le domaine du génie des procédés pour les revêtements de surface avancés. Le groupe se concentre sur son expertise reconnue dans la recherche et le développement de la modification de surface à la fois thermique et par plasma pour la synthèse de films minces polymères fonctionnels, de revêtements inorganiques fonctionnels ou de surfaces fonctionnelles/intelligentes. L’équipe a en permanence 10 à 15 projets de recherche en cours, dont beaucoup ont été rendus possibles grâce au financement du FNR.
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