Les générateurs et amplificateurs RF à semi-conducteurs sont couramment utilisés pour diverses applications, et ils sont devenus abordables dans la gamme des micro-ondes en raison de leur utilisation généralisée pour les télécommunications au cours des dernières années. Bien que leur efficacité énergétique ne dépasse pas celle des technologies magnétron classiques, leur stabilité d'amplitude et de phase ainsi que leurs capacités de commutation ultrarapide permettent de nouvelles études fondamentales. Les plasmas micro-ondes pulsés ont également suscité beaucoup d'intérêt pour améliorer l'efficacité de la conversion chimique de produits stables tels que le CO2 en produits chimiques à valeur ajoutée. Dans ce séminaire, nous discuterons du couplage des ondes électromagnétiques à la colonne de plasma générée par les micro-ondes en mode pulsé dans le plasma d'argon pur ainsi que dans les gaz moléculaires en utilisant des décharges à ondes de surface [1, 2]. L'imagerie ultra-rapide montre que le degré d'ionisation du fond affecte fortement les caractéristiques de propagation des ondes et qu'une onde d'ionisation est formée avec des vitesses de l'ordre de 104 m/s. À de faibles taux de répétition des impulsions, le front d'ionisation se divise en de multiples filaments qui ressemblent beaucoup à des « streamers ». Les spectroscopies d'émission optique et d'absorption laser confirment que l'extrémité de la colonne de plasma qui se propage (c'est-à-dire le front d'ionisation) est une région où le champ électrique est plus élevé. Le couplage de la puissance en mode impulsionnel permet de mieux comprendre la dynamique de formation de la colonne plasma et le dépôt de la puissance dans le plasma. Deux régions particulièrement intéressantes sont celles situées dans la région de l'applicateur de micro-ondes et celle située à l'extrémité de la colonne de plasma et apparaissent agir comme des discontinuités pour la propagation de l'onde [3]. Nous discuterons également de l'utilisation d'impulsions de puissance ultrarapides pour la conversion du CO2 à l'aide d'une torche à plasma micro-ondes coaxiale. Une interaction complexe est observée entre le dépôt de puissance et la dynamique du flux de gaz [4, 5].
Acknowledgments: EC acknowledges the support of the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), RGPIN-2021-04363.
[1] Carbone, E., & Nijdam, S. (2013). Ultra-fast pulsed microwave plasma breakdown: evidence of various ignition modes. Plasma Sources Science and Technology, 23 (1), 012001.
[2] Carbone, E., Sadeghi, N., Vos, E., Hübner, S., Van Veldhuizen, E., Van Dijk, J., ... & Kroesen, G. (2014). Spatio-temporal dynamics of a pulsed microwave argon plasma: ignition and afterglow. Plasma Sources Science and Technology, 24 (1), 015015.
[3] Chuanjie Chen, Emile Carbone, Shou-Zhe Li, Feng Zhou, Rugang Wang. Observation of propagating standing wave in surface-wave sustained plasmas at atmospheric pressure (2024) swubmitted to PSST.
[4] Soldatov, S., Carbone, E., Kuhn, A., Link, G., Jelonnek, J., Dittmeyer, R., & Navarrete, A. (2022). Efficiency of a compact CO2 coaxial plasma torch driven by ultrafast microwave power pulsing: Stability and plasma gas flow dynamics. Journal of CO2 Utilization, 58, 101916.
[5] Soldatov, S., Link, G., Silberer, L., Schmedt, C. M., Carbone, E., D’Isa, F., ... & Navarrete, A. (2020). Time-resolved optical emission spectroscopy reveals nonequilibrium conditions for CO2 splitting in atmospheric plasma sustained with ultrafast microwave pulsation. ACS Energy Letters, 6 (1), 124-130.
Émile Carbone est professeur adjoint à l'INRS depuis mars 2021, où il dirige le groupe Plasma Excitation for Sustainable Chemistry (PLExSusChem). Il a obtenu un master en chimie à l'Université libre de Bruxelles (Belgique) en 2007 et un doctorat en physique appliquée en 2013 à la Eindhoven University of Technology (Pays-Bas). Après un an de postdoc en France à Grenoble au CEA-LETI (2013-2014), il a fait un séjour de recherche postdoctoral (2014-2017) à la Ruhr University Bochum (Allemagne) sur la génération de plasmas à l'intérieur et au-dessus des liquides avec une prestigieuse bourse postdoctorale Alexander von Humboldt. Il a ensuite été chef de groupe (2017-2020) au Max Planck Institute for Plasma Physics (Garching, Allemagne) où il a dirigé des activités sur l'étude des plasmas micro-ondes pour la conversion du CO2.
Entre autres distinctions, il a reçu le prix Noah Hershkowitz Early Career Research Award en 2021 et, depuis 2022, il est membre du comité éditorial du journal « Plasma Sources Science and Technology ». Ses travaux ont été récompensés par plus de 10 conférences et séminaires invités et il a publié 50 articles dans des journaux avec comité de lecture qui ont été cités plus de 1900 fois avec un h-index de 24.
