Brevet FR3151173A1 — publié le 20250117

L’invention concerne un dispositif (10) de génération d’un plasma froid qui comprend : - un boîtier externe (100) formant un logement (104) ouvert par l’extrémité principale (102) ; - une électrode centrale (200) disposée dans le logement (104) et qui s’étend à partir de la base externe (101) vers une de ses extrémités, ladite électrode centrale (200) comprenant, en son extrémité libre, au moins une pointe, l’électrode centrale (200) définissant avec le boîtier externe (100) un espace annulaire (300) ; - des moyens d’injection, dans le logement (104), d’un gaz principal ; - un moyen d’injection annexe, configuré pour permettre l’injection d’un gaz annexe dans l’espace annulaire (300) vers l’ouverture (105) à des fins de thermalisation du dispositif (10) ; - des moyens micro-ondes (600) configurés pour transmettre un champ micro-onde à l’électrode centrale (200). Figure 1 dispositif de generation d’un plasma froid DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention se rapport au domaine des générateurs de plasma, notamment des générateurs de plasma froid. Plus particulièrement, la présente invention concerne un générateur de plasma froid configuré pour permettre la génération d’un plasma d’une étendue appréciable. Cet aspect permet notamment d’envisager la traitement, par exemple un traitement médical, de surface de plus grande étendue en des durées raisonnable. La présente invention concerne également un générateur de plasma froid dont la consommation en gaz reste limitée. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Les dispositifs générateurs de plasma sont aujourd’hui mis en œuvre dans de nombreux domaines et notamment dans le domaine médical. A cet égard, le document US 11,264,211 B2 divulgue un dispositif de génération d’un plasma froid. Ce dispositif, tel qu’illustré à la du document US 11,264,211, est pourvu d’un boîtier, de forme cylindrique, et formant un logement débouchant par une ouverture disposée à une extrémité dudit boîtier. Le dispositif comprend également une électrode centrale, de forme généralement allongée et disposée dans le logement. Notamment, l’électrode se termine par une de ses extrémités par une section conique pointue accessible par l’ouverture. Le dispositif comprend, en outre, une entrée d’un gaz susceptible de former un plasma froid dès lors qu’il est soumis à un champ électrique supérieur à un champ dit de claquage. Notamment, le dispositif est configuré pour permettre l’écoulement du gaz de l’entrée jusqu’à la section conique. Enfin, le dispositif comprend des moyens d’activation configurés pour imposer une tension, supérieure à une tension de claquage, de sorte que le champ électrique au voisinage de la pointe de la section conique soit supérieur au champ de claquage. Ainsi, en fonctionnement, le gaz est injecté dans le dispositif par l’entrée et s’écoule en direction de la section conique à laquelle est imposé une tension supérieure à la tension de claquage. A son arrivée au voisinage de la pointe de la section conique, le gaz s’ionise sous l’effet du champ électrique pour former un jet de plasma à travers l’ouverture du logement. Toutefois, l’étendue du jet de plasma est relativement restreinte de sorte que sa mise en œuvre reste limitée au traitement de surfaces réduites. Par ailleurs, la mise en œuvre d’un tel dispositif requiert, à des fins de thermalisation, un débit de gaz relativement important- de sorte que seule une fraction dudit gaz est effectivement transformée, le reste du gaz s’échappant par l’ouverture. Or les gaz susceptibles d’être mis en œuvre pour la formation de plasma présentent un coût financier relativement important qu’il convient de contenir. Ainsi, un but de la présente invention est de proposer un dispositif de génération d’un plasma froid et dont la consommation en gaz est optimisée. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de génération d’un plasma froid et dont l’étendue est appréciable. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION La présente invention concerne un dispositif de génération d’un plasma froid, ledit dispositif, de forme généralement allongée selon un axe d’élongation XX’, comprenant : - un boîtier externe de forme cylindrique, qui s’étend selon l’axe d’élongation, entre une base externe et une extrémité principale, et formant un logement, ledit logement étant ouvert par l’extrémité principale ; - une électrode centrale de forme cylindrique, disposée de manière coaxiale au boîtier externe dans le logement et qui s’étend à partir de la base externe vers une de ses extrémités dite extrémité libre, ladite électrode centrale comprenant, en son extrémité libre, au moins une pointe, l’électrode centrale définissant avec le boîtier externe un espace annulaire ; - des moyens d’injection, dans le logement, d’un gaz principal susceptible de former un plasma froid dès lors qu’il est soumis à un champ électrique supérieur à un champ dit de claquage ; - un moyen d’injection annexe, configuré pour permettre l’injection d’un gaz annexe dans l’espace annulaire vers l’ouverture à des fins de thermalisation du dispositif et selon un conduit différent du gaz principal ; - des moyens micro-ondes configurés pour transmettre un champ micro-onde à l’électrode centrale, et de sorte que ledit champ micro-onde se propage dans l’espace annulaire selon la direction XX’ vers l’ouverture, l’au moins une pointe assurant la focalisation dudit champ micro-onde de sorte que le champ à proximité de l’au moins une pointe soit supérieur au champ de claquage. Selon un mode de mise en œuvre, l’électrode centrale est creuse et forme un canal de circulation du gaz principal jusqu’à l’extrémité libre, et de sorte que le gaz annexe s’écoule dans l’espace annulaire. Selon un mode de mise en œuvre, ledit dispositif comprend une chemise tubulaire, faite d’un matériau électriquement isolant, disposée coaxialement à l’électrode centrale, dans le logement, et délimitant avec le boîtier externe l’espace annulaire, la chemise tubulaire étant agencée pour permettre la circulation du gaz principale entre l’électrode centrale et ladite chemise tubulaire et la circulation du gaz annexe entre ladite chemise tubulaire et le boîtier externe. Selon un mode de mise en œuvre, l’extrémité de l’électrode centrale présente une forme conique. Selon un mode de mise en œuvre, l’au moins une pointe forme une pluralité de pointes, chaque pointe de la pluralité de pointes étant agencée pour permettre l’initiation d’un plasma au niveau de l’extrémité de ladite pointe. Selon un mode de mise en œuvre, l’électrode centrale comprend en son extrémité libre une section conique, ladite section conique comprenant des évidements définissant les pointes. Selon un mode de mise en œuvre, les évidements s’étendent à partir de la base de la section conique. Selon un mode de mise en œuvre, la section conique présente un angle de cône compris entre 10° et 180°, avantageusement compris entre 30° et 150°, encore plus avantageusement compris entre 60° et 120°. Selon un mode de mise en œuvre, l’électrode centrale se termine en son extrémité libre par une face plane, les pointes étant en projection par rapport à ladite face plane. Selon un mode de mise en œuvre, ledit dispositif comprend un insert disposé dans l’espace annulaire sur le passage du gaz annexe, et configuré pour imposer audit gaz annexe un flux laminaire. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles : La est une représentation schématique, selon un plan de coupe comprenant l’axe d’élongation XX’, du dispositif de génération d’un plasma froid selon un premier exemple conforme aux principes de la présente invention ; La est une représentation schématique, selon une vue en perspective, d’une section conique portant une pluralité de pointes et disposée sur l’extrémité libre de l’électrode centrale ; La est une représentation selon une vue de profil de la section conique de la ; La est une représentation de la section conique de la par son sommet ; La est une représentation d’une agencement de pointes selon une autre variante de la présente invention ; La est une représentation schématique, selon un plan de coupe comprenant l’axe d’élongation XX’, du dispositif de génération d’un plasma froid mettant en œuvre de moyen d’injection d’un gaz annexe à des fins de thermalisation ; La est une représentation schématique, selon une vue en perspective, du dispositif de génération d’un plasma froid mettant en œuvre de moyen d’injection d’un gaz annexe à des fins de thermalisation selon une variante de l’invention ; La est une représentation schématique d’une électrode centrale sur laquelle est adapté un manchon cylindrique ; La est une représentation schématique d’une électrode centrale sur laquelle est adapté un autre type de manchon cylindrique ; La est une représentation schématique du dispositif selon la présente invention et pourvu d’un générateur micro-onde. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION La présente invention concerne un dispositif de génération d’un plasma froid. Notamment, la présente invention concerne un dispositif, de forme généralement allongée selon un axe d’élongation XX’, qui comprend : - un boîtier externe de forme cylindrique, qui s’étend selon l’axe d’élongation, entre une base externe et une extrémité principale, et formant un logement, ledit logement étant ouvert par l’extrémité principale ; - une électrode centrale de forme cylindrique, disposée de manière coaxiale au boîtier externe dans le logement et qui s’étend à partir de la base externe vers une de ses extrémités dite extrémité libre, ladite électrode centrale comprenant, en son extrémité libre, une pluralité de pointes, l’électrode centrale délimitant avec le boîtier externe un espace annulaire ; - des moyens d’injection, dans le logement, d’un gaz principal susceptible de former un plasma froid dès lors qu’il est soumis à un champ électrique supérieur à un champ dit de claquage ; - des moyens micro-ondes configurés pour transmettre un champ micro-onde à l’électrode centrale, et de sorte que ledit champ micro-onde se propage le long de l’électrode centrale jusqu’à l’extrémité libre, les pointes assurant la focalisation dudit champ micro-onde de sorte que le champ à proximité des pointes soit supérieur au champ de claquage. La est une représentation schématique selon une vue en perspective d’un premier exemple de dispositif 10 de génération de plasma froid conforme aux principes de la présente invention. Notamment, le dispositif 10 comprend un boîtier externe 100 qui s’étend selon un axe d’élongation XX’. La boîtier externe 100 est de forme cylindrique et s’étend d’une base, dite base externe 101, vers une extrémité, dite extrémité principale 102. De manière générale, le boîtier externe 100 est délimité latéralement pour une enveloppe latérale 103, conférant audit boîtier externe sa forme cylindrique, et de sorte que ce dernier forme un logement 104. Le boîtier externe 100 comprend également, en son extrémité principale 102, une ouverture 105. Il est entendu que le logement 104, dans la mesure où il est délimité par la base externe 101 et l’enveloppe latérale 103, est également de forme cylindrique et s’étend selon l’axe d’élongation XX’ de la base externe vers l’ouverture 105. Le dispositif 10 comprend également une électrode centrale 200 qui est de forme cylindrique et qui s’étend selon l’axe d’élongation XX’. En particulier, l’électrode centrale 200 est disposée de manière coaxiale au boîtier externe 100 dans le logement 104 et de sorte à ménager un espace annulaire 300 entre l’électrode centrale 200 et le boîtier externe 100. Plus particulièrement, l’électrode centrale 200 s’étend, selon l’axe d’élongation, à partir de la base externe vers une de ses extrémités dite extrémité libre 201. Il est entendu sans qu’il soit nécessaire de le préciser que l’extrémité libre 201 est accessible par l’ouverture 105. L’électrode centrale 200 comprenant, en son extrémité libre 201, au moins une pointe. De manière avantageuse, et selon un premier aspect de ce premier exemple, l’extrémité libre peut ne comprendre qu’une unique pointe. Par exemple, l’extrémité libre peut être de forme conique. Selon un deuxième aspect de ce premier exemple, l’extrémité libre peut comprendre une pluralité de pointes 203. Ce deuxième aspect sera décrit plus en détails dans la suite de l’énoncé de la présente invention. Par ailleurs, selon la présente invention, l’électrode 200 peut être creuse, et être configurée pour permettre l’écoulement d’un gaz et son évacuation par l’extrémité libre 201. Le dispositif 10 comprend en outre des moyens d’injection, dans le logement, d’un gaz principal susceptible de former un plasma froid dès lors qu’il est soumis à un champ électrique supérieur à un champ dit de claquage. Ce gaz peut comprendre de l’argon ou un mélange comprenant de l’argon. Toutefois, la présente invention ne doit pas être limitée à ce seul aspect et l’homme du métier pourra considérer tout autre gaz principal susceptible de remplir la fonction souhaitée. Notamment, le gaz principal peut comprendre de l’hélium, de l’azote, ou encore du dioxygène. Ces moyens d’injection comprennent notamment une entrée, dite principale 106, par laquelle le gaz principal est susceptible d’être injecté. Selon les variantes considérées, l’entrée principale 106 peut être agencée pour permettre l’injection du gaz principale dans l’espace annulaire 300 ou dans l’électrode centrale 200. Le dispositif comprend également des moyens de transmission micro-ondes 600 associée à un générateur micro-ondes (non illustré). Les moyens de transmission micro-ondes comprennent un tronçon cylindrique 610 et solidaire par une de ses extrémités à l’électrode centrale 200. Notamment, le tronçon cylindrique 610 est configuré pour permettre aux micro-ondes provenant du générateur de micro-ondes d'être générées dans le logement de boîtier externe 100. L’homme du métier retrouvera les éléments nécessaires au dimensionnement du boîtier externe, de l’électrode centrale et des moyens de transmission micro-ondes dans le document US 11,264,211 B2. La fréquence des micro-ondes peut être comprise entre 800 MHz et 50 GHz. Par ailleurs, il est entendu que le tronçon cylindrique 610 comprend un matériau diélectrique, notamment un isolant électrique, afin de conserver le confinement des micro-ondes dans un câble parcourant le tronçon cylindrique et acheminant lesdites micro-ondes dans le logement. Selon la présente invention, tant le boîtier externe 100 que l’électrode centrale 200 peuvent comprendre un matériau hautement conducteur de l'électricité tel que le cuivre, le laiton ou l'argent. Ce dernier aspect permet aux éléments considérés de présenter une épaisseur de peau très faible. Ainsi, les moyens de transmission micro-onde 600 sont configurés pour transmettre un champ micro-onde dans l’espace annulaire et de sorte que ledit champ se propage au sein dudit espace annulaire et en direction de l’extrémité libre. La ou les pointes disposées à l’extrémité libre de l’électrode centrale 200, par leur forme, focalisent le champ micro-onde de sorte que le champ électrique au voisinage dédites pointes augmente de manière substantielle et notamment au-delà du champ de claquage. Le gaz principal, injecté dans le dispositif par l’entrée principale 106, s’écoulant au voisinage desdites pointes est alors soumis à ce champ électrique et forme alors un jet plasma à travers l’ouverture du logement. Par ailleurs, la distance entre les pointes est adaptée de sorte que le jet plasma soit généré au niveau de chacune des desdites pointes. Il est entendu qu’un tel effet peut être obtenu pour différentes configurations ou agencements des pointes. Plus particulièrement, l’homme du métier pourra considérer tout agencement de pointes, notamment en termes de géométrie et/ou de distance, susceptible de générer, de manière concomitante, le jet plasma au niveau de chaque pointe. La considération d’une pluralité de pointes permet de former un jet de plasma d’une étendue supérieure aux jets plasma formés par des dispositifs dans lesquels l’électrode centrale n’est pourvue que d’une seule pointe. Selon une variante illustrée à la , à la et à la , l’électrode centrale comprend, en son extrémité libre 201, une section conique 202, ladite section conique comprenant des évidements 204 définissant les pointes 203. Notamment, les évidements 204 peuvent former des passages par lesquels le gaz principal est susceptible de s’écouler. Plus particulièrement, les évidements 204 s’étendent, parallèlement à l’axe de révolution de la section conique 202, par exemple à partir de la base de ladite section conique et perpendiculaire à cette dernière. De manière avantageuse, l’intersection d’un plan perpendiculaire à l’axe de révolution de la section conique et chaque évidement peut prendre la forme d’un chevron, d’un « V », ou encore d’une parabole. Toujours de manière avantageuse, la section conique présente un angle de cône compris entre 10° et 180°, avantageusement compris entre 30° et 150°, encore plus avantageusement compris entre 60° et 120°. Selon une autre variante illustrée à la , l’électrode centrale se termine en son extrémité libre par une face plane, les pointes étant en projection par rapport à ladite face plane. Selon un deuxième exemple, pris seul ou en combinaison avec l’un ou l’autre du premier aspect et du deuxième aspect du premier exemple, illustré à la , le dispositif 10 peut comprendre un moyen d’injection annexe, configuré pour permettre l’injection d’un gaz annexe dans l’espace annulaire vers l’ouverture à des fins de thermalisation du dispositif. Il est entendu que le moyen d’injection annexe est configuré pour permettre la circulation du gaz annexe à partir d’une entrée, dite entrée annexe 107, et en direction de l’ouverture. Il est également entendu que le dispositif est configuré pour que le gaz annexe s’écoule selon un chemin fluidique qui lui est propre. Ainsi, et à titre d’exemple, le dispositif de la est configuré pour que le gaz annexe s’écoule dans l’espace annulaire 300, et que le gaz principal s’écoule dans l’électrode centrale 200 qui est creuse et ouverte en son extrémité libre. Selon cette configuration, l’écoulement de chacun de ces deux gaz se fait dans un espace qui lui est propre. Notamment, la mise en œuvre du gaz annexe, par exemple de l’air, permet de limiter la consommation en gaz principal, et assurer une thermalisation (limiter l’échauffement) du dispositif 10. La est une illustration d’une variante de ce mode de réalisation. Notamment, selon cette variante, le dispositif comprend une chemise tubulaire 400, faite d’un matériau électriquement isolant, coaxiale avec l’électrode centrale et s’interposant entre ladite électrode centrale 200 et le boîtier externe 100. Selon cette variante, l’espace annulaire 300 est délimité par l’enveloppe latérale 103 et la chemise tubulaire. Toujours selon cette variante, la chemise tubulaire 400 présente un diamètre interne supérieur au diamètre de l’électrode centrale 200 ménageant ainsi un espace annulaire interne 401 dans lequel le gaz principal peut s’écouler de l’entrée principale jusqu’à l’extrémité libre. La est une illustration d’une autre variante de ce mode de réalisation. Notamment selon cette autre variante, le dispositif comprend un manchon cylindrique 410 en lieu et place de la chemise tubulaire. Notamment, le manchon tubulaire, fait d’un matériau électriquement isolant, peut prolonger l’électrode centrale au-delà de son extrémité libre. Il est entendu que la considération du manchon cylindrique impose à l’électrode centrale d’être creuse afin de permettre la circulation du gaz principal en son sein. Dans l’exemple illustré à la , le diamètre interne du manchon cylindrique est sensiblement égal au diamètre externe de l’électrode centrale. Le maintien du manchon cylindrique sur l’électrode centrale peut être obtenu par un serrage ajusté (« Press-fitted » selon la terminologie Anglo-Saxonne). Toutefois il est possible de considérer un manchon cylindrique dont le diamètre interne est supérieur au diamètre externe de l’électrode centrale. Selon cet aspect, et tel qu’illustré à la , le manchon cylindrique peut comprendre une section de maintien 420, également cylindrique et dont le diamètre interne est sensiblement égal au diamètre externe de l’électrode centrale. Selon troisième exemple pris seul ou en combinaison avec l’un ou l’autre du premier aspect et du deuxième aspect du premier exemple et/ou en combinaison avec le deuxième exemple, le dispositif 10 comprend un insert disposé dans l’espace annulaire sur le passage du gaz annexe, et configuré pour imposer audit gaz annexe un flux laminaire. Notamment, et tel qu’illustré à la , l’insert 500, généralement de forme cylindrique, s’étend selon l’axe d’élongation XX’. Plus particulièrement, l’insert 500 comprend des passages, le traversant sur toute sa longueur, et permettant la circulation d’un gaz, et notamment d’un gaz annexe. Ces passages traversant sont configurés pour imposer un flux laminaire aux gaz considérés et ainsi limiter le bruit susceptible d’être généré en cas d’écoulement turbulant. De manière alternative, l’insert 500 peut comprendre une mousse à porosité ouverte. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l’invention tel que défini par les revendications. Dispositif (10) de génération d’un plasma froid, ledit dispositif (10), de forme généralement allongée selon un axe d’élongation XX’, comprenant : - un boîtier externe (100) de forme cylindrique, qui s’étend selon l’axe d’élongation, entre une base externe (101) et une extrémité principale (102), et formant un logement (104), ledit logement (104) étant ouvert par l’extrémité principale (102) ; - une électrode centrale (200) de forme cylindrique, disposée de manière coaxiale au boîtier externe (100) dans le logement (104) et qui s’étend à partir de la base externe (101) vers une de ses extrémités dite extrémité libre (201), ladite électrode centrale (200) comprenant, en son extrémité libre (201), au moins une pointe (203), l’électrode centrale (200) définissant avec le boîtier externe (100) un espace annulaire (300) ; - des moyens d’injection, dans le logement (104), d’un gaz principal susceptible de former un plasma froid dès lors qu’il est soumis à un champ électrique supérieur à un champ dit de claquage ; - un moyen d’injection annexe, configuré pour permettre l’injection d’un gaz annexe dans l’espace annulaire (300) vers l’ouverture (105) à des fins de thermalisation du dispositif (10) et selon un conduit différent du gaz principal ; - des moyens micro-ondes (600) configurés pour transmettre un champ micro-onde à l’électrode centrale (200), et de sorte que ledit champ micro-onde se propage dans l’espace annulaire (300) selon la direction XX’ vers l’ouverture (105), l’au moins une pointe (203) assurant la focalisation dudit champ micro-onde de sorte que le champ à proximité de l’au moins une pointe soit supérieur au champ de claquage. Dispositif (10) selon la revendication 1, dans lequel l’électrode centrale (200) est creuse et forme un canal de circulation du gaz principal jusqu’à l’extrémité libre (201), et de sorte que le gaz annexe s’écoule dans l’espace annulaire (300). Dispositif (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit dispositif (10) comprend une chemise tubulaire (400), faite d’un matériau électriquement isolant, disposée coaxialement à l’électrode centrale (200), dans le logement (104), et délimitant avec le boîtier externe (100) l’espace annulaire (300), la chemise tubulaire (400) étant agencée pour permettre la circulation du gaz principale entre l’électrode centrale (200) et ladite chemise tubulaire (400) et la circulation du gaz annexe entre ladite chemise tubulaire (400) et le boîtier externe (100). Dispositif (10) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’extrémité de l’électrode centrale (200) présente une forme conique. Dispositif (10) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins une pointe forme une pluralité de pointes, chaque pointe de la pluralité de pointes étant agencée pour permettre l’initiation d’un plasma au niveau de l’extrémité de ladite pointe. Dispositif (10) selon la revendication 5, dans lequel l’électrode centrale (200) comprend en son extrémité libre (201) une section conique (202), ladite section conique (202) comprenant des évidements définissant les pointes. Dispositif (10) selon la revendication 6, dans lequel les évidements s’étendent à partir de la base de la section conique (202). Dispositif (10) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la section conique (202) présente un angle de cône compris entre 10° et 180°, avantageusement compris entre 30° et 150°, encore plus avantageusement compris entre 60° et 120°. Dispositif (10) selon la revendication 5, dans lequel l’électrode centrale (200) se termine en son extrémité libre (201) par une face plane, les pointes étant en projection par rapport à ladite face plane. Dispositif (10) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel ledit dispositif (10) comprend un insert (500) disposé dans l’espace annulaire (300) sur le passage du gaz annexe, et configuré pour imposer audit gaz annexe un flux laminaire.