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Le Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas


Présentation du laboratoire - la recherche au LPGP



Le Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas d'Orsay, créé dans les années 60, développe ses travaux dans le domaine de la recherche fondamentale, expérimentale et théorique.

Les applications qui en sont issues concernent principalement

  • Les matériaux: gravure, dépôt, traitement de métal et de polymères, synthèse de poudre et de matériaux micro- et nanostracturés, nettoyage de surface.

  • La réduction de dépense d'énergie: sources lumineuses à haut rendement.

  • L'environnement : destruction de polluants atmosphériques ou agents bactériologiques, stérilisation et décontamination de surfaces, contrôle de la combustion.

  • Les transports : contrôle de la combustion, propulsion par plasma.

  • Les lasers à ultra-haute intensité et leur interaction avec des plasmas: sources X-V et X, accélération d'électrons au GeV, accélération d'ions, étude de la matière dense et chaude

  • L'énergie par fusion contrôlée: technologie pour ITER, filière inertielle, ions-lourds, pico-allumage, physique statistiques des plasmas denses.

Installé dans les locaux de l'Université de Paris-Sud, le LPGP est le plus ancien laboratoire universitaire de physique des plasmas de France. Il est aussi un des plus importants avec un effectif de 80 personnes. Le site principal du laboratoire est localisé au Centre Scientifique d'Orsay et une de ses équipes est implantée à Gif-sur-Yvette dans les locaux de l'École Supérieure d'Électricité (SUPELEC).

Laboratoire généraliste, les activités du LPGP concernent d'une part les plasmas chauds avec les activités sur la fusion thermonucléaire inertielle ou magnétiques et l'interaction laser-plasma à très haute intensité, et  d'autre part, les plasmas à basse température dans des situations hors équilibre. L'intérêt de ces plasmas tient au fait que les différentes espèces présentes (électrons, ions, atomes ou molécules neutres) ont des énergies très différentes permettant de conjuguer ionisation du milieu gazeux, forte réactivité des espèces formées et faible température des particules lourdes.



Le plasma est un milieu gazeux constitué, au moins partiellement, de particules chargées (électrons et ions) qui lui confère des propriétés particulières en présence de champs électriques et/ou magnétiques. L’univers est très majoritairement constitué de matière à l’état de plasmas (étoiles, soleil, poussières interstellaires, magnétosphère, foudre…). Le plasma est utilisé pour différentes applications depuis les travaux sur de nouvelles sources d’énergie avec la fusion thermonucléaire aux nouvelles technologies (microélectronique, éclairage, dépôt et traitement de matériaux, propulsion plasma, dépollution et traitement de gaz…).




Equipes de recherche


DEA - Equipe Décharges Electriques et Aérosols


Objectifs fondamentaux et applications:

  • Détection de la foudre et protection contre le foudroiement
  • Caractérisation électrothermique des décharges électriques et modélisation
  • Production de nanoparticules par nucléation dans les décharges électriques
  • Charge des aérosols pour le diagnostic en taille et en concentration des aérosols
  • Polymérisation en post-décharge de couches minces (bio)-fonctionnelles

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DIREBIO - Décharges Impulsionnelles, REactivités à haute pression, et interfaces plasma-BIOlogie


Objectifs fondamentaux et applications:

  Les recherches menées par DIREBIO, et les applications concernées par ces recherches, sont toutes plus ou moins liées aux thèmes Energie et Environnement définit par le CoNRS (section 10) comme deux des quatre enjeux technologiques actuels des plasmas froids. Les thèmes les plus actuels traités par DIREBIO sont :
  • les microdécharges et leurs applications :
    I) source d'oxygène métastable, pour le laser COIL et pour le traitement des micro-organismes;
    II) sources de photons UV;
  • les excilampes (DBD et microdécharges) pour le traitement des micro-organismes ;
  • la décomposition des Composés Organiques Volatils par décharges photo-déclenchées et décharges à barrière diélectrique, avec pour application la dépollution d'effluents gazeux ;
  • les décharges dans les milieux poreux et alvéolaires support de catalyseur, avec application aux procédés physico-chimiques de conversion des molécules (dépollution, synthèse, reformage, …) ;
  • le déclenchement de combustion par décharge nanoseconde du type corona ou décharge RF multi-étincelle, cinétique de conversion des hydrocarbures.

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ITFIP - Interaction et Transport de Faisceaux Intenses dans les Plasmas


Objectifs fondamentaux et applications:

Etude expérimentale et théorique de l'interaction laser-matière en champ fort et le transport et guidage de hautes intensités laser dans les plasmas. Les principaux domaines d'application sont l’accélération d'électrons relativistes en plasmas sous denses, les sources laser XUV et la fusion inertielle.

  L’équipe ITFIP est active dans la modélisation et la mise en oeuvre expérimentale de l'accélération d'électrons par laser dans les plasmas. Plusieurs éléments clés pour les futurs accélérateurs laser plasma sont en cours d’étude, en particulier le guidage de lasers intenses dans des tubes capillaires et le développement de nouvelles cibles plasma, les mécanismes physiques de piégeage et d'accélération des électrons pour des applications à l'accélération multi−étages.  Ces travaux s’intègrent dans le programme scientifique lié à l'accélération d'électrons dans le projet d’equipex CILEX, et contribuent  à la définition des équipements dans la salle longue focale de CILEX. L’équipe s’implique dans la coordination de groupes de travail dans les projets européens EUPRAXIA (design study) et ARIES. L’équipe utilise et contribue au développement des codes numériques WAKE et WARP. Les expériences sont réalisées sur des installations française (UHI100) et européenne (LLC, Lund Suède). L’équipe ITFIP développe également des outils de modélisation de sources cohérentes XUV dans des gaz rares haute pression, en liaison avec les expériences réalisées sur l’installation laser Salle-Jaune par l’équipe FLEX du LOA.

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TMP-D&S - Equipe Théorie et Modélisation des Plasmas - Décharges et Surfaces


Objectifs fondamentaux et applications:

L’objectif de nos études porte sur la compréhension des mécanismes fondamentaux qui régissent le transfert de puissance vers le plasma, essentiellement pour les décharges magnétron et microondes. Toutefois, ces connaissances s’avèrent très utiles pour l’optimisation de nombreux procédés plasmas ou pour la conception de nouvelles applications.
On peut citer entre autres :

  • La description du couplage d’énergie (ionisation et création d’espèces actives) au plasma basse pression et plus récemment à la pression atmosphérique (micro-ondes)
  • La maîtrise et le contrôle des procédés plasmas pour l’interaction avec les surfaces
  • L’étude du transport des électrons à travers les lignes du champ magnétique (problème ouvert en physique des plasmas)

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