Diagnostics and kinetics of reactive oxygen and nitrogen species in atmospheric pressure non-equilibrium discharges for bio-decontamination

Les méthodes de stérilisation à basse température prennent une importance croissante pour la décontamination de matériaux thermosensibles utilisés dans les appareils exposés aux risques microbiologiques tels que les endoscopes dans les hôpitaux, les emballages dans l'industrie agroalimentaire, ou les équipements soumis aux agents microbiologiques de guerre dans les zones de conflits. Les méthodes de stérilisation standards non-thermiques souffrent de limitations liées à leur toxicité, leurs coûts élevés, leurs faibles compatibilités avec les matériaux, et/ou leurs longs cycles de stérilisation (quelques heures). Une approche alternative consiste à utiliser des plasmas hors équilibre à pression atmosphérique produits par décharges électriques. Les plasmas permettent des cycles de stérilisation pluscourts car les surfaces traitées sont exposées à de nombreux agents biocides, notamment à du rayonnement, à des espèces réactives oxygénées et azotées (RONS), et à des espèces chargées. Cependant, à pression atmosphérique, le volume du plasma est généralement faible. Les traitements en post-décharge permettent d'augmenter la surface de traitement, tout en réduisant la dégradation du matériau par les espèces chargées. Dans la post-décharge, les principaux agents biocides sont les RONS. L'objectif de cette thèse est d'étudier la production et le transport des RONS générés par des décharges pulsées non-thermiques dans l'air et l'azote à pression atmosphérique au moyen de diagnositcs de spectroscopie d'absorption UV et mid-IR (QCLAS), de fluorescenceLow-temperature sterilization methods are of increasing importance for the decontamination of heat-sensitive materials in devices exposed to biohazards, such as endoscopes in hospitals, containers in the food industry, or contaminated equipment in areas exposed to war acts. Standard non-thermal sterilization methods suffer from limitations related to their toxicity, high cost, low material compatibility, and/or long sterilization cycles (several hours). An alternative approach consists in using atmospheric pressure nonequilibrium plasmas produced by electric discharges. Plasmas provide shorter sterilization cycles because they combine various biocidal agents including radiation,reactive oxygen and nitrogen species (RONS), and charged species. However, at atmospheric pressure the plasma volume is usually small. Post-discharge treatment allows to increase the treated surface area, and in addition to reduce surface degradation by charged species. In post-discharge treatment, the main biocidal agents are the RONS. The objective of this thesis is to study the production and transport of RONS generated by non-thermal pulsed discharges in nitrogen and air at atmospheric pressure by means of UV and mid-IR (QCLAS) absorption spectroscopy, planar laser induced fluorescence (PLIF), and absolute emission spectroscopy