Présentation du quatrième état de la matière

Nous rencontrons au quotidien les trois états habituels de la matière, à savoir l’état solide, liquide et gazeux. Mais nous ne savons pas grand chose sur le plasma, celui que l’on appelle le quatrième état de la matière, bien qu’il constitue 99 % de la matière visible dans notre univers. Ce qui est moins connu encore, c’est le fait que le plasma peut être produit artificiellement et qu’il existe de nombreuses possibilités d’utilisation. Le potentiel de ce multi-talent dans le domaine du nettoyage des matériaux et du prétraitement de surface pour les processus en aval, par exemple le collage, la peinture, l’impression ou le revêtement, en a fait un élément indispensable dans de nombreux secteurs et dans les processus associés, notamment dans l’ingénierie automobile, l’électromobilité, les transports, la fabrication électronique, la technologie d’emballage, les biens de consommation, les sciences de la vie, les textiles et les nouvelles formes d’énergie.

 

Thèmes abordés sur cette page : 

Qu'est-ce que le plasma exactement ? Le plasma sur les surfaces Caractérisation du plasma

Modification des surfaces Prétraitement par plasma industriel En savoir plus 

Qu'est-ce que le plasma exactement ?

Un état de la matière est un état qualitatif des substances qui dépend de la température et de la pression. Les liaisons atomiques deviennent plus instables lorsque la température augmente. Une substance peut passer du premier au second état, puis du second au troisième : les solides deviennent des liquides et les liquides deviennent des gaz. Si un gaz reçoit plus d’énergie, il libère des électrons et devient ionisé. Le plasma est un gaz ionisé qui contient des ions, des électrons libres, des molécules excitées, des radicaux et des fragments moléculaires. Vous pouvez trouver le plasma partout dans l’univers.

Presque toute la matière visible est faite de plasma : le soleil, les nuages de gaz, les étoiles et les galaxies. Dans la nature, vous pouvez observer le plasma sous la forme d’aurores boréales  lorsque les molécules d’air de l’atmosphère terrestre, excitées par le plasma des vents solaires, se teintent de vert, bleu, rouge et violet. Le plasma est également présent dans les étincelles, les éclairs et les flammes. Il est possible également de le produire artificiellement en laboratoire par de fortes décharges de gaz dans des chambres cylindriques ou tubulaires. Ces décharges entraînent des températures élevées qui vaporisent toutes les substances et ionisent les atomes et molécules neutres, créant ainsi des ions et des électrons libres.

Le plasma sur les surfaces : une multitude de propriétés nouvelles

Le plasma est une matière avec un niveau d’énergie élevé et instable qui se caractérise notamment par une conductivité électrique élevée. D’un point de vue chimique, le plasma est très réactif et peut interagir avec les surfaces, les liquides ou les micro-organismes. Lorsqu’il entre en contact avec des matériaux solides comme le plastique, le verre ou le métal, il modifie l’énergie de surface, par ex. d’hydrophobe à hydrophile. Le plasma modifie donc les propriétés de surface importantes, par exemple l’adhérence ou la mouillabilité des surfaces. Cela permet d'utiliser dans l’industrie des matériaux entièrement nouveaux (même non polaires) ainsi que des colles et des peintures sans solvants (COV) et respectueuses de l’environnement. Aujourd’hui, il est possible de remplacer de nombreux processus de traitement de surface chimiques par le traitement plasma. La technologie plasma permet de prétraiter les surfaces dans le respect de l’environnement, sans solvants (COV) ni émission de CO2 . L’utilisation de la technologie plasma ne nécessite pas de produits chimiques, de primaires ou de promoteurs d’adhérence.

Comment peut on caractérisé plasmas?

Des mesures particulièrement significatives de plasma sont la température des électrons et des émissions de diverses espèces animées dans le domaine de l'ultraviolet et visible.

Le seul moyen pour prétraiter même plastiques très sensibles à la chaleur sous pression atmosphérique sans dommage est d'utiliser la température élevée d´électrons et la température faible d´ ionique .

Les phénomènes lumineux (émission optique) d'un plasma *l´effet relaxant peut être détecté par spectroscopie d'émission optique (OES). Cette bandes d'émission caractéristiques des espèces excitées dans le plasma sont transmis dans le visible et en particulier dans la région ultraviolette du spectre par l'intermédiaire d'une fibre optique à l'émetteur et ensuite traitées avec un logiciel spécial. Les composants des systèmes de surveillance des stations Plasmatreat fonctionnent selon ce principe de contrôle optique. Cela permet une qualité uniforme sur tout le processus de plasma.

*Relaxant : transition du plasma dans son état de base. Dans ce procédé, l'énergie d'excitation qui a été précédemment ajouté, est rejeté sous forme de lumière dans l'environnement .

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Quand le plasma rencontre les surfaces, de nouvelles propriétés apparaissent

Le plasma est une matière avec un niveau d’énergie élevé et instable qui se caractérise notamment par une conductivité électrique élevée. D’un point de vue chimique, le plasma est très réactif et peut interagir avec les surfaces, les liquides ou les micro-organismes. Lorsque l’énergie plasma appliquée entre en contact avec des matériaux solides comme le plastique ou le métal, elle modifie des propriétés importantes de ces surfaces comme l’énergie de surface.

 

La modification des surfaces peut être utilisée de manière ciblée :

Exemple de nettoyage de précision pour le métal et le verre : lorsque le plasma rencontre le métal ou le verre, il provoque un nettoyage de précision. Même les surfaces très sensibles peuvent être entièrement débarrassées de toute substance indésirable. Le nettoyage de précision avec la technologie plasma élimine même les plus petites particules de poussière du substrat traité. Grâce à la réaction physico-chimique à l’échelle nanométrique, il est possible d’obtenir des surfaces de haute qualité, définies avec précision et présentant des conditions optimales pour un traitement ultérieur. Le nettoyage de précision des surfaces avant le collage, le revêtement, le vernissage ou l’impression permet ainsi d’utiliser des systèmes modernes sans solvants ou à base d’eau. Il est donc possible de renoncer complètement à un prétraitement supplémentaire avec des primaires chimiques ou des processus mécaniques comme le brossage. Cela permet d’éviter les émissions de COV (composés organiques volatils) pendant la production. Le nettoyage par plasma atmosphérique est également un processus sec. Cela représente un avantage considérable dans les processus industriels, à savoir la possibilité de traiter tous les matériaux immédiatement, ce qui représente un vrai gain de temps.

 

Exemple d’une surface activée et d’une meilleure mouillabilité des plastiques : le prétraitement par plasma permet également de modifier les propriétés des surfaces des matériaux lorsqu’ils sont en contact avec divers plastiques : au contact du plasma, des groupes contenant de l’oxygène et de l’azote sont introduits dans les surfaces des matières plastiques la plupart du temps non polaires. Ceux-ci augmentent considérablement l’énergie de surface, il se passe ce qu’on appelle l’activation. Celle-ci améliore nettement la mouillabilité du substrat, ce qui entraîne également une amélioration de l’adhésion. Les colles, les peintures ou les vernis adhèrent donc beaucoup mieux et de manière plus durable à la surface prétraitée sans avoir recours à des prétraitements conventionnels comme le flammage ou l’utilisation de produits chimiques nocifs pour l’environnement.

Cette modification des surfaces a des utilisations intéressantes :

Nettoyage plasma

Le nettoyage de précision avec la technologie plasma permet de retirer les plus petites particules de poussières des substrats. Grâce à la réaction physico-chimique à l’échelle nanométrique, il est possible d’obtenir des surfaces définies avec précision, présentant des conditions optimales pour un traitement ultérieur.

L´activation de la surface

Le prétraitement de diverses matières plastiques avec le plasma peut également modifier leurs propriétés de surface. Au contact du plasma, les matières plastiques généralement non polaires reçoivent des groupes contenant de l’oxygène et de l’azote.

Le revêtement par plasma

La réalisation de revêtements ultra-fins sur les surfaces représente un autre champ d’application de la technologie plasma. Un composé organosilicié est ajouté au plasma comme précurseur et déposé sur la surface du matériau.

Prétraitement par plasma industriel

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