Zoom sur le plasma froid

Un plasma est un gaz ionisé chargé d’atomes ou de molécules qui sont excités. La particularité de cet état est qu’il est très réactif. A la différence des plasmas thermiques utilisés en projection à chaud, les plasmas froids sont des milieux permettant des modifications de surface (dépôts, greffage, gravure…) à basse température (100° C maximum), sans altération des substrats (en savoir plus).
Quelles sont les applications possibles pour cette technologie ?

« Le plasma froid permet de modifier les surfaces et la composition chimique de la surface de la matière traitée ou d’y déposer un revêtement mince (quelques centaines de nanomètres  au maximum). La plupart des matériaux peuvent être traités par plasma froid. La variété des applications industrielles est donc infinie » explique Adrien Cesari, Sales Manager, SRC Coating Plasma Industrie (CPI).

Une technologie flexible

Le plasma froid apporte des propriétés de surfaces très variées adaptées à chaque application. Seule la surface du matériau traité est modifiée. « En fonction des objectifs recherchés (dépôt, gravure, fonctionnalisation, nettoyage), on pourra jouer sur tous les paramètres du réacteur employé : sa géométrie, la nature du gaz porté à l’état de plasma, le type d’alimentation électrique (courant continu, pulsé, HF, micro-onde), la nature des sources de dépôt, etc.» précise Michel Martin, ingénieur de recherche et gestionnaire des brevets, SRC IREIS (IREIS est spécialisée sur l’ingénierie des surfaces et traite toutes sortes de pièces).

Les applications les plus courantes sont l’adhésion et le collage avec pour objectif d’améliorer l’adhésivité des matériaux traités.

Par exemple, « nous avons développé un procédé plasma permettant l’adhésion d’un film plastique ayant des propriétés d’isolation acoustiques sur les matériaux utilisés pour la fabrication de hublots » explique Adrien Cesari.

Egalement, certaines montres nécessitent une lubrification de leur mécanisme tous les deux ans afin d’éviter tout problème de frottement. Le traitement plasma sur lequel la SRC CPI a travaillé a permis de multiplier par 5 la durée de vie du mécanisme de ces montres.

« Dans le secteur automobile, spécifiquement pour améliorer  l’isolation électrique de l’alternateur d’une voiture, nous avons utilisé le plasma pour permettre l’adhésion du film isolant sur l’alternateur » ajoute CPI. La technologie permet aussi de décorer des surfaces. « Par exemple, les pare-chocs, capots, ailes en plastique (divers éléments de carrosseries plastique peints) sur les voitures sont protégés par une peinture. Un traitement par plasma froid procure une bonne adhésion à la peinture  appliquée sur le plastique de la pièce. Les visières en plastique des casques de pompiers reçoivent aussi une métallisation semi-transparente permettant de réfléchir les infrarouges et de protéger le visage des pompiers. Cette métallisation est très mince, de l’ordre de 50nm à 1nm près. Elle est ensuite protégée par un vernis transparent » complète Michel Martin.

Le traitement par plasma froid est aussi utilisé par l’industrie agroalimentaire qui recherche des matériaux esthétiques pour l’emballage de ses produits avec notamment l’adhésion de l’encre sur les matériaux utilisés.

« La technologie sert souvent pour réduire la friction, comme pour les pièces de moteur (poussoirs par exemple) revêtues de DLC (Diamond Like Carbon). Les dépôts sont obtenus par un crackage/condensation d’un précurseur hydrocarboné sous plasma. Ici, c’est la réduction énergétique des moteurs qui est visée.» explique Michel Martin, IREIS.

Le plasma offre également une dimension de sécurité avec par exemple la réduction de la friction pouvant exister entre l’aiguille de la seringue et la lentille utilisées lors d’une injection intraoculaire.

Efficace pour craquer les molécules, la technologie plasma froid permet la dépollution de gaz. La SRC Telemaq, spécialisée en mécatronique et technologie piézoélectrique, conçoit des générateurs hautes tensions pour le plasma froid utilisé pour la décontamination de l’air.

Une technologie propre

Le plasma froid permet de répondre aux exigences de substitution du chrome VI. En modifiant la structure superficielle des matériaux, le procédé améliore la résistance à l’usure de l’acier, sa résistance à la corrosion, ainsi que sa tenue à la fatigue.

Face aux contraintes réglementaires (REACH), l’industrialisation du traitement de surface semble incontournable. En 2012, le Ministère de l’Industrie présentait cette technologie comme une rupture majeure pour l’automobile, le BTP ou encore l’aéronautique (en savoir plus).

Le plasma froid a pour avantage d’être faiblement énergivore et ne nécessite pas de nettoyage supplémentaire. Il n’utilise pas de produits réactifs et permet le traitement de grandes surfaces à grande vitesse. Expert en physique, chimie et matériaux mécaniques, CPI est « la seule société de recherche française à proposer une solution complète avec enrouleur-dérouleur, réacteur et recette du plasma. Nous avons la capacité de traiter des matériaux à des vitesses de plusieurs centaines de mètres par minute. Nous travaillons en continu grâce à des réacteurs ouverts qui, grâce à leurs faibles tailles (environ 1m linéaire sur une ligne), peuvent s’adapter à tous types de machines » précise Adrien Cesari, CPI.