Procédé de dépôt couplant un réacteur-injecteur et un plasma basse pression : vers le dépôt de couches minces multifonctionnelles pour l'aéronautique

Deposition method combining a reactor-injector and a low pressure plasma process : towards polyvalent thin films for aeronautic

• Auteur / Autrice : Guillaume Carnide
• Direction : Myrtil Kahn, Richard Clergereaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 28/11/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie de Coordination (Toulouse ; 1974-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas (gaz ionisés)

Avions -- Givrage -- Prévention

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Nanochimie

Nanoparticule

Plasma

Procédé

Nanocomposite

Aérosol

Nanochemistry

Nanoparticle

Plasma

Process

Nanocomposite

Aerosol

Résumé

Dans l'industrie aéronautique, la glace se formant sur la surface des avions au sol ou en vol est un problème majeur. Afin de résoudre ce problème, une solution passive pourrait être employé par un revêtement antigivre durable. Un matériau permettant d'obtenir ses propriétés tout en étant durable sur des avions est le nanocomposite. Le nanocomposite est un revêtement dans lequel des nanoparticules sont intégrées dans une matrice et permet de coupler les propriétés pour être multifonctionnel. Cette thèse développe et étudie un nouveau, sécurisé et flexible procédé pour la formation de revêtement nanocomposite. En effet, ce procédé combine un réacteur-injecteur et un procédé plasma. Le réacteur-injecteur est un injecteur de gaz/liquide dans lequel se forme des petites nanoparticules de ZnO (Ø : < 10 nm) par l'hydrolyse d'un précurseur organométallique. Dans cette thèse, nous montrons que le contrôle des réactifs chimiques et des paramètres d'injection permet la formation de nanoparticules non-agrégée avec une faible quantité d'agent stabilisant. Pour la formation de revêtement nanocomposite, le réacteur-injecteur est couplé avec un procédé plasma basse-pression. Ce procédé plasma interagit avec le précurseur de matrice injecté pour former la matrice recouvrant les nanoparticules. L'effet de l'injection pulsée sur le plasma basse pression a été étudié pour comprendre les mécaniques de transport des nanoparticules au cours du procédé. De plus, ce procédé permet de limiter les interactions entre l'utilisateur et les nanoparticules de leur synthèse à leur incorporation dans le revêtement. La caractérisation de ces revêtements montre de petites nanoparticules dispersées de façon homogène avec la combinaison de propriétés hydrophobes et de résistance à l'abrasion. Au final, ce procédé est montré comme flexible car en fonction des précurseurs utilisés, il est possible de former différents types de nanoparticules (CuOx, WOx...) ou de matrice (a-CH, SiOx).

In the aeronautic industry, icing appears over the airplane's surfaces at ground or in flight is a major problematic. One solution could be a passive solution by the use of antiicing coatings. One material wich could allow these properties and be sustainable for aeronautics is the nanocomposite. Nanocomposite (NC), i.e. coatings with nanoparticles (NP) embedded in a matrix develop multi-functional properties. This thesis develops and studies a novel, flexible and secure approach for the formation of nanocomposite coatings. Indeed, this process combines a reactor-injector and a plasma process. The reactor-injector is a liquid/gaz injection device in which is form small ZnO NP (Ø : < 10 nm) from the hydrolysis of an organometallic precursor. Hence, the control of the chemical reagents and the injection's parameters allows to form non-aggregates NP with small quantity of stabilizing agent. This technology called "reactor-injector" has been patented. For the formation of the nanocomposite coatings, the reactor-injector is combined with a low pressure plasma process. The plasma process will interact with the matrix precursor injected to form an embedment coating for the nanoparticles. The impact of the pulsed pressure injection over the low pressure plasma has been studied to understand the mechanics of the NP transport during the process. Thus, this process permits to limit the interaction between the user and the nanoparticles from their synthesis to their embedment. The characterisation of these coatings shows well dispersed and small ZnO nanoparticles with the combination of hydrophobicity and abrasion-resistant properties. Finally, this process is flexible and depending on the precursors allows the formation of differents NP (CuOx, WOx...) or matrix (a-CH,SiOx).