Brevet FR3134494A1 — publié le 20231013

Il est proposé un système de traitement de surface de matériaux (10) comportant un matériau cible, au moins un dispositif de transfert (100), au moins un dispositif générateur plasma (200). Le dispositif générateur plasma (200) comprend un fluide et génère une colonne (202) de plasma froid. Le matériau cible est apte à parcourir un trajet entre un point de départ et un point d’arrivée en traversant le dispositif générateur plasma (200) et la colonne plasma (202), selon un vecteur unitaire de déplacement. Le dispositif de transfert (100) comprend un fluide transféré du dispositif de transfert (100) vers le dispositif générateur plasma (200). La colonne de plasma (202), générée à partir des fluides et , présente une forme géométrique oblongue de longueur , selon un axe longitudinal colinéaire au vecteur de déplacement, et de largeur , selon un axe transverse perpendiculaire au vecteur de déplacement, tel que . Figure pour l’abrégé : [Fig.1] Système et procédé de traitement de surface de matériaux La présente invention concerne de manière générale les matériaux, et en particulier un système et un procédé de traitement de surface de matériaux à partir de dispositifs de génération de plasma. Les systèmes de traitement de surface de matériaux sont classiquement utilisés dans de nombreux domaines tels que le domaine biomédical, la cosmétique, le traitement de matériaux par fonctionnalisation de surfaces, l’éclairage, etc. Des systèmes de traitement de surface de matériaux connus utilisent des produits chimiques, selon des techniques de passage d’objet dans des bains ou de projection/évaporation pour réaliser le traitement de surface des matériaux. Cependant, de telles solutions nécessitent l’apport extérieur de composants chimiques, et ne sont donc pas écologiques. Pour éviter l’utilisation et le stockage de produits chimiques, d’autres systèmes de traitement de surface de matériaux utilisent des techniques dites « plasma » pour le traitement de matériaux. Ces techniques plasma peuvent être mises en œuvre à partir de « torches » ou encore de système DBD (pour « décharges à barrière diélectrique »). Cependant, les techniques plasma connues sont limitées dans les mélanges de gaz pour la génération plasma. En effet, elles ne permettent pas de réaliser des traitements de matériaux avec des concentrations importantes de gaz additionnels (comme par exemple des pourcentages élevés d’azote ou d’oxygène dans des gaz rares), ce qui conduit à l’extinction du plasma. Par ailleurs, certaines techniques connues (notamment les torches) consomment une puissance importante. En outre, dans le cas des torches, la technique n’est pas adaptée aux matériaux thermosensibles et peu adaptée au traitement d’objet en défilement. Dans les systèmes DBD, elles peuvent conduire à des traitements inhomogènes, les plasmas étant difficilement produits de manière homogène à la pression atmosphérique. Ainsi, ces techniques ne peuvent pas garantir un traitement direct et homogène dans le cas d’objet de symétrie sensiblement cylindrique à très grand rapport d’aspect, tel que des fibres ou fils, rubans, tubes ou capillaires. En outre, ces techniques ne peuvent pas garantir non plus un traitement efficace et rapide de ces matériaux et de ces objets en raison du faible volume de plasma généré à la pression atmosphérique. Il existe ainsi un besoin pour un procédé et un système de traitement de surface améliorés capables de traiter la surface de matériaux sans dégradation, à la pression atmosphérique, et de manière adaptée aux matériaux creux tels que les tubes ou les capillaires. La présente invention vient améliorer la situation en proposant un système de traitement de surface de matériaux comprenant un matériau cible, au moins un dispositif de transfert, au moins un dispositif générateur plasma, le dispositif de transfert comprenant un fluide destiné à être transférer au dispositif générateur plasma, le dispositif générateur plasma comprenant un fluide et étant configuré pour générer une colonne de plasma froid, le matériau cible étant apte à parcourir un trajet, entre un point de départ et un point d’arrivée, le trajet traversant au moins le dispositif générateur plasma et la colonne plasma, le trajet étant défini dans un référentiel donné selon un vecteur unitaire de déplacement , le fluide étant transféré du dispositif de transfert vers le dispositif générateur plasma, et la colonne de plasma étant générée à partir du fluide et du fluide . La colonne de plasma présente une forme géométrique oblongue définie par une longueur , une largeur et un rapport d’aspect , la longueur étant définie selon un axe longitudinal colinéaire au vecteur de déplacement et la largeur étant définie selon un axe transverse perpendiculaire au vecteur de déplacement . Dans un mode de réalisation, le matériau cible peut traverser en outre au moins une partie du dispositif de transfert. Le dispositif générateur plasma peut comprendre un capillaire de génération d’une colonne plasma comprenant un orifice d’entrée configuré pour recevoir le matériau cible en entrée du capillaire et un orifice de sortie configuré pour délivrer le matériau cible en sortie du capillaire. Dans des modes de réalisation, le dispositif générateur plasma est un dispositif « en T », comprenant en outre un module de contrôle et d’alimentation en fluide et un guide de transport de fluide , le module de contrôle et d’alimentation étant configuré pour appliquer une décharge impulsionnel dans le fluide selon une fréquence de décharge . Le guide et le capillaire du dispositif « en T » peuvent présenter chacun une forme et des dimensions choisies en fonction du matériau cible et du traitement de surface à appliquer. Dans certains modes de réalisation, le dispositif de transfert peut être un dispositif « en T » configuré pour générer une colonne de plasma, le dispositif de transfert et le dispositif générateur plasma étant distants l’un de l’autre d’une distance représentant la distance entre l’orifice d’entrée du dispositif générateur plasma et l’orifice de sortie du dispositif de transfert. La colonne de plasma peut être générée en fonction de la distance . En particulier, le capillaire du dispositif générateur plasma peut comprendre au moins une partie réalisée en un matériau conducteur et au moins une partie réalisée en un matériau diélectrique. Le matériau cible peut avoir en outre une largeur et le capillaire peut avoir une largeur . Le dispositif de transfert peut être une enceinte accolée au dispositif générateur plasma, et connectée au niveau de l’orifice d’entrée du dispositif générateur plasma par une connexion ayant une forme donnée et une ouverture de diamètre telle que . La connexion peut permettre le transfert du fluide dans le capillaire et la colonne de plasma peut être générée en fonction de la connexion. Le matériau cible peut être une fibre, un fil ou un capillaire, embobiné, au niveau du point de départ, dans une bobine de départ, et au niveau du point d’arrivée, dans une bobine d’arrivée, chaque bobine étant apte à être déroulée et enroulée de sorte que le matériau cible parcourt le trajet selon une vitesse donnée définie en fonction du traitement de surface à appliquer. L’invention fournit également un procédé de fabrication d’un objet à partir d’au moins un système de traitement de surface de matériaux comprenant au moins un matériau cible, au moins un dispositif de transfert et au moins un dispositif générateur plasma, le matériau cible parcourant un trajet entre un point de départ et un point d’arrivée selon un vecteur unitaire de déplacement , le dispositif de transfert comprenant un fluide , le dispositif générateur plasma comprenant un fluide , le procédé comprenant les étapes consistant à : - transférer le fluide du dispositif de transfert vers le dispositif générateur plasma, - générer une colonne de plasma froid à pression environnante au moyen du dispositif générateur plasma à partir des fluides et , la colonne de plasma ayant une forme géométrique oblongue définie par une longueur , une largeur et un rapport d’aspect noté , la longueur étant définie selon un axe longitudinal colinéaire au vecteur de déplacement et la largeur est définie selon un axe transverse perpendiculaire au vecteur de déplacement , et - faire passer le matériau cible suivant le trajet, à travers du dispositif générateur plasma, au moins lorsque la colonne de plasma est générée. Le procédé comprend en outre une étape consistant à faire passer le matériau cible à travers le dispositif de transfert. Le procédé et le système de traitement de surface des matériaux selon les modes de réalisation de l’invention permettent de générer des plasmas atmosphériques multiples, impliquant des mélanges de gaz impossibles à obtenir à partir de réacteurs plasma de l’art antérieur. Ces plasmas peuvent être générés sur de grandes longueurs et adaptés pour le traitement inhomogène et/ou homogène de matériaux à très grand rapport d’aspect. Ces plasmas peuvent être en outre générés par des dispositifs interchangeables dans un système peu consommateur d’énergie. Description des figures D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple. La est un schéma représentant un système de traitement de surface de matériaux, selon des modes de réalisation de l’invention. La est un schéma représentant un dispositif générateur plasma, selon un exemple d’utilisation de l’invention. La est un schéma représentant un dispositif générateur plasma, selon un autre exemple d’utilisation. La est un schéma représentant un dispositif de transfert et un dispositif générateur plasma disposés en série, selon des modes de réalisation de l’invention. La est un schéma représentant un dispositif de transfert et un dispositif générateur plasma disposés en série et connectés par un orifice de connexion, selon d’autres modes de réalisation de l’invention. La est un schéma représentant un dispositif de transfert et un dispositif générateur plasma disposés en série et connectés par une buse de connexion, selon d’autres modes de réalisation de l’invention. La est un schéma représentant une zone de mélange contrôlée entre un dispositif de transfert et un dispositif générateur plasma disposés en série et connectés par un orifice de connexion, selon d’autres modes de réalisation de l’invention. La un schéma représentant un dispositif de transfert et deux dispositifs générateur plasma disposés en série, selon des modes de réalisation de l’invention. La est schéma représentant un dispositif de traitement de matériaux en présence de liquide ou de gel, selon des modes de réalisation de l’invention. La est un schéma représentant un système de traitement de surface de matériaux, selon des modes de réalisation de l’invention. La est un organigramme représentant un procédé de fabrication d’un objet à partir du système de traitement de surface de matériaux, selon des modes de réalisation de l’invention. Des références identiques sont utilisées dans les figures pour désigner des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l’échelle. Système de traitement de surface de matériaux (10), comprenant un matériau cible ( ), au moins un dispositif de transfert (100), au moins un dispositif générateur plasma (200), caractérisé en ce que ledit dispositif de transfert (100) comprend un fluide destiné à être transféré audit dispositif générateur plasma (200), ledit dispositif générateur plasma (200) comprenant un fluide et étant configuré pour générer une colonne (202) de plasma froid, ledit matériau cible ( ) étant apte à parcourir un trajet ( ) entre un point de départ ( ) et un point d’arrivée ( ), ledit trajet traversant au moins ledit dispositif générateur plasma (200) et ladite colonne plasma (202), ledit trajet ( ) étant défini dans un référentiel donné selon un vecteur unitaire de déplacement , ledit fluide étant transféré dudit dispositif de transfert (100) vers ledit dispositif générateur plasma (200), et en ce que ladite colonne de plasma (202) est générée à partir dudit fluide et dudit fluide , et présente une forme géométrique oblongue définie par une longueur , une largeur et un rapport d’aspect , ladite longueur étant définie selon un axe longitudinal colinéaire au vecteur de déplacement et ladite largeur étant définie selon un axe transverse perpendiculaire au vecteur de déplacement . Système de traitement de surface de matériaux, selon la revendication 1, dans lequel le matériau cible ( ) traverse en outre au moins une partie du dispositif de transfert (100). Système de traitement de surface de matériaux, selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif générateur plasma (200) comprend un capillaire (208) de génération de ladite colonne plasma (202), ledit capillaire (208) comprenant un orifice d’entrée (208-01) configuré pour recevoir le matériau cible ( ) en entrée du capillaire et un orifice de sortie (208-02) configuré pour délivrer le matériau cible ( ) en sortie du capillaire. Système de traitement de surface de matériaux, selon la revendication 3, dans lequel le dispositif générateur plasma (200) est un dispositif « en T », comprenant en outre un module (204) de contrôle et d’alimentation en fluide et un guide (206) de transport de fluide , ledit module (204) de contrôle et d’alimentation étant configuré pour appliquer une décharge impulsionnelle dans le fluide , selon une fréquence de décharge , dans lequel ledit guide (206) et ledit capillaire (208) présentent chacun une forme et des dimensions choisies en fonction du matériau cible ( ) et du traitement de surface à appliquer. Système de traitement de surface de matériaux, selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de transfert (100) est un dispositif « en T » comprend un capillaire (108) et est configuré pour générer une colonne de plasma (102), ledit capillaire (108) comprenant au moins un orifice de sortie (108-02), ledit dispositif de transfert (100) et ledit dispositif générateur plasma (200) étant distants l’un de l’autre d’une distance représentant la distance entre l’orifice d’entrée (208-01) du dispositif générateur plasma (200) et l’orifice de sortie (108-02) du dispositif de transfert (100), et dans lequel ladite colonne de plasma (202) est générée en fonction de ladite distance . Système de traitement de surface de matériaux, selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel le capillaire (208) du dispositif générateur plasma (200) comprend au moins une partie (208-03) réalisée en un matériau conducteur et au moins une partie (208-04) réalisée en un matériau diélectrique. Système de traitement de surface de matériaux, selon la revendication 4, dans lequel le matériau cible ( ) a une largeur et le capillaire (208) a une largeur , le dispositif de transfert (100) étant une enceinte connectée au dispositif générateur plasma (200) par une connexion ( ) au niveau de l’orifice d’entrée (208-01) du dispositif générateur plasma (200) , ladite connexion ( ) ayant une forme donnée et une ouverture de diamètre telle que , et étant adaptée au transfert du fluide dans le capillaire (208), et dans lequel ladite colonne de plasma (202) est générée en fonction de la connexion ( ). Système de traitement de surface de matériaux, selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le matériau cible ( ) est une fibre, un fil ou un capillaire, embobiné d’une part au niveau du point de départ ( ), dans une bobine de départ, et d’autre part au niveau du point d’arrivé ( ), dans une bobine d’arrivée, chaque bobine étant apte à être déroulée et enroulée de sorte que le matériau cible ( ) parcourt le trajet ( ) selon une vitesse donnée définie en fonction dudit traitement de surface à appliquer. Procédé de fabrication d’un objet à partir d’au moins un système de traitement de surface de matériaux (10), ledit système de traitement comprenant au moins un matériau cible ( ), au moins un dispositif de transfert (100) et au moins un dispositif générateur plasma (200), ledit matériau cible ( ) parcourant un trajet ( ) entre un point de départ ( ) et un point d’arrivée ( ), ledit trajet ( ) étant défini dans un référentiel donné selon un vecteur unitaire de déplacement , ledit dispositif de transfert (100) comprenant un fluide , ledit dispositif générateur plasma (200) comprenant un fluide , le procédé comprenant les étapes consistant à : transférer (902) le fluide du dispositif de transfert (100) vers le dispositif générateur plasma (200), générer (904) une colonne de plasma froid à pression environnante au moyen dudit dispositif générateur plasma (200) à partir dudit fluide et dudit fluide , ladite colonne de plasma (202) ayant une forme géométrique oblongue définie par une longueur , une largeur et un rapport d’aspect noté , ladite longueur étant définie selon un axe longitudinal colinéaire au vecteur de déplacement et ladite largeur étant définie selon un axe transverse perpendiculaire au vecteur de déplacement , et faire passer (906) ledit matériau cible ( ), selon le trajet ( ), à travers dudit dispositif générateur plasma (200), au moins lorsque ladite colonne de plasma (202) est générée. Procédé de fabrication d’un objet, selon la revendication 9, dans lequel l’étape (906) comprend en outre une étape consistant à faire passer le matériau cible ( ) à travers au moins une partie du dispositif de transfert (100).