Academic literature on the topic 'Plasma froid atmosphérique'

Depuis le début des années 2000, des avancées technologiques majeures ont permis l'émergence de plasmas froids à pression atmosphérique ayant de faibles valeurs de courant et des températures proches de la température ambiante. Dans cet article, nous exposons dans un premier temps les principales sources de plasma froid utilisées avec succès dans les applications biomédicales, en insistant notamment sur les propriétés physico-chimiques recherchées. Dans un second temps, nous proposons un état de l'art des dernières avancées médicales (en particulier en cancérologie et en dermatologie), ainsi qu'en agriculture.

Les jets de plasma froid à la pression atmosphérique connaissent un réel engouement dans de nombreux domaines du biomédical depuis la dernière décennie. Dans les différentes applications de ces jets, le plasma généré est amené à interagir avec de nombreux types de surfaces. Les jets de plasma ont une influence sur les surfaces traitées, mais il est maintenant connu que les surfaces traitées influencent également le plasma en fonction de leurs caractéristiques. Le travail mené dans cette thèse a donc pour but de caractériser un jet de plasma froid d'hélium à la pression atmosphérique en contact avec trois types de surfaces (diélectrique, métallique et eau ultrapure) au moyen de différents diagnostics électriques et optiques afin de comprendre l'influence de la nature des surfaces sur les propriétés physiques du plasma et les espèces chimiques générées. La première partie de cette thèse s'intéresse à l'étude de l'influence des surfaces sur le jet de plasma. Différents paramètres sont étudiés, tels que la nature de la surface exposée, le débit de gaz, la distance entre la sortie du dispositif et la surface exposée ou encore la composition du gaz plasmagène. Pour ce faire, nous avons utilisé dans un premier temps l'imagerie Schlieren afin de suivre le flux d'hélium en sortie du dispositif en présence ou non de la décharge. La spectroscopie d'émission a été utilisée pour déterminer les espèces émissives générées par le plasma. L'imagerie rapide nous a permis de suivre la génération et la propagation de la décharge et la distribution de certaines espèces excitées dans le jet avec l'aide de filtres interférentiels passe-bandes. Une cible diélectrique entraîne un étalement de l'onde d'ionisation sur sa surface et une cible conductrice entraîne la formation d'un canal de conduction. L'évolution de la densité d'espèces excitées (OH*, N2*, He* et O*) augmente avec la permittivité relative de la surface traitée. Le rôle joué par les espèces actives générées par les jets de plasma est fondamental dans la cinétique et la chimie des mécanismes liés aux procédés plasma. La seconde étape de la thèse porte donc sur l'évaluation spatiale et temporelle des densités du radical hydroxyle OH, une espèce jouant un rôle majeur dans de nombreux mécanismes. La cartographie spatiale et l'évolution temporelle des densités absolues et relatives de OH ont été obtenues au moyen de diagnostics lasers LIF et PLIF. La densité de OH générée augmente avec la permittivité relative de la surface traitée. On constate que les radicaux OH restent présents dans le canal d'hélium entre deux décharges consécutives (plusieurs dizaines de microsecondes). Enfin, nous nous sommes intéressés à la production d'espèces réactives à longue durée de vie dans l'eau ultrapure traitée par plasma. L'influence de différents paramètres sur la concentration d'espèces dans l'eau traitée a été étudiée dans le but d'optimiser la production de ces espèces. Dans nos conditions expérimentales, la mise à la masse de l'eau ultrapure lors du traitement permet l'augmentation de la concentration de H2O2. Par ailleurs, la mise à la masse induit une diminution la concentration de NO2-
Cold atmospheric pressure plasma jets are a subject of great interest in many biomedical fields for the past decade. In the various applications of these jets, the plasma generated can interact with many types of surfaces. Plasma jets influence the treated surfaces, but it is now well known that the treated surface also influences the plasma according to their characteristics. The work carried out in this thesis therefore aims to characterize a cold helium atmospheric pressure plasma jet in contact with three surfaces (dielectric, metallic and ultrapure water) by means of different electrical and optical diagnostics in order to understand the influence of the nature of the surfaces on the physical properties of the plasma and the chemical species generated. The first part of this thesis is focused on the study of the influence of surfaces on the plasma jet. Different parameters are studied, such as the nature of treated surfaces, the gas flow, the distance between the outlet of the device and the surface or the composition of the injected gas. For this purpose, helium flow at the outlet of the device is followed by Schlieren imagery with and without the discharge. Emission spectroscopy is used to determine the emissive species generated by the plasma. ICCD imagery is employed to follow the generation and the propagation of the discharge and the distribution of several excited species in the jet by using band-pass interference filters. A dielectric target causes the ionization wave to spread over its surface and a conductive target leads to the formation of a conduction channel. The evolution of excited species densities (OH*, N2*, He* and O*) increases with the relative permittivity of the treated surface. As well known, active species generated by plasma jets play a fundamental role in the kinetics and the chemistry of the mechanisms linked to plasma processes. The second part of the present work therefore relates to the spatial and temporal evaluation of the densities of the hydroxyl radical OH which plays a major role in many cellular mechanisms. The spatial mapping and the temporal evolution of the absolute and relative densities of OH are obtained by LIF and PLIF laser diagnostics. The density of OH generated increases with the electrical conductivity of the treated surface. It can be noted that the OH molecules remain present in the helium channel between two consecutive discharges (several tens of microseconds). Finally, we focus on the production of chemical species in ultrapure water treated with plasma. The influence of different parameters on the concentration of species in the treated water has been studied to optimize the production of chemical species. In experimental conditions, grounding the ultrapure water during treatment increases the concentration of H2O2. Furthermore, the grounding induces a decrease in the NO2- concentration

L'objectif de cette thèse est de développer et étudier des dépôts d’oxydes métalliques minces à base de Silicium et d’Etain par un plasma froid à pression atmosphérique, afin de conférer des propriétés spécifiques à des substrats en verre et afin de trouver des alternatives écologiques à certains procédés actuellement utilisés par les verriers. Cette recherche se divise en trois parties: la première partie consiste à déposer à partir d’Hexaméthyldisilane et d’Hexaméthyldisiloxane des couches minces de SiO2/SiOxCy sur du verre sodocalcique afin d’améliorer sa résistance à la rupture. La seconde partie consiste à déposer une couche mince de SnO2 sur du verre fluorosilicate à partir de Tetrabutylétain et d’Oxyde de Tributylétain pour trouver une alternative écologique au dépôt à chaud actuellement utilisé. Enfin, ces dépôts à base de silicium et d’étain seront utilisés dans la troisième partie afin de lutter contre le phénomène de sudation de surface des verres fluorosilicates. En parallèle, les propriétés physicochimiques de ces couches minces seront caractérisées avec des technologies avancées afin de les optimiser
The objective of this thesis is to develop and characterize the deposition of thin metal oxides based on silicon and tin by an atmospheric pressure cold plasma to improve properties of glass materials and find an ecological alternative to existing processes. This research is divided into three main parts: the first part consists in depositing from Hexamethyldisilan and Hexamethyldisiloxan thin films of SiO2/SiOxCy on soda-lime glass to improve its mechanical strength. The second part consists in depositing a thin layer of SnO2 on fluorosilicate glass from Tetrabutyltin and Tributyltin Oxide to develop an environmental friendly alternative to the current chemical vapor deposition process used in glass industry. Finally, the silicium and tin based deposits obtained are used in the third part to stop corrosion surface of fluorosilicate glasses. In parallel, the physicochemical properties of these thin films will be characterized with advanced technologies in order to optimize the deposits

Dans le cadre d'une thèse en partenariat avec un industriel, il s'agit de trouver une solution pour décontaminer biologiquement des surfaces. Le procédé utilisé est un plasma généré par décharge à barrière diélectrique dans l'air et à pression atmosphérique. La décontamination est réalisée par la post-décharge spatiale entraînée par un flux à 10 L/min. Deux types d'échantillons biologiques ont été utilisés (C. Glutamicum et B. Subtilis) en faisant varier les conditions environnementales comme le débit de gaz, l'humidité de l'air, l'humidité de la surface ou encore la température de la surface sur laquelle sont déposés les échantillons microbiologiques. Certaines de ces conditions de fonctionnement ont montré une efficacité très importante en termes de décroissance microbienne (jusqu'à 4 log en 5 min). A partir de ces résultats, nous avons essayé de comprendre les mécanismes qui interviennent dans la destruction des microorganismes. La thèse s'articule autour, d'une part, des réacteurs plasmas utilisés (architecture, caractéristiques électriques), d'autre part de la chimie en phase gazeuse générée par le passage de l'air plus ou moins humide dans la décharge et enfin des résultats biologiques obtenus
The aim of the study is to find a solution for surface decontamination. The project, build with a firm, was based on cold plasma physic using dielectric barrier discharge at atmospheric pressure. Microorganisms to kill are placed in the post-discharge with gas flow above 10 L/min. Two kinds of bacteria were tested (Corynebacterium glutamicum and spores of Bacillus subtilis) and some treatment conditions were changed: gas flow, relative humidity, surface humidity and temperature. Best performances show a high efficacy (4 log decrease in 5 minutes). From these good results we try to understand mechanisms which kill bacteria. The document discuss on three topics: plasma reactors (structure and electrical properties), gas phase chemistry and biological results

Ces travaux de thèse sont partie intégrante d'un projet centré sur l'optique ophtalmique, né de la volonté de la société Essilor de préparer un saut technologique, tant dans l'appréhension de la fonction optique des verres ophtalmiques que dans leur mode de production. L'idée novatrice du projet repose sur l'introduction de fonctions actives dans le verre, grâce à la discrétisation de ce dernier. Pour se faire, Essilor s'est tournée vers les technologies de la microélectronique et notamment les technologies plasma. La thématique abordée ici est le dépôt d'un film mince par plasma sur un substrat microstructuré. Afin de posséder une qualité, en terme de propriété finale, homogène sur l'ensemble de la microstructure, ce film doit être conforme, c'est-à-dire d'épaisseur, de composition et de structure égale sur l'ensemble du substrat. La problématique de cette thèse est donc la compréhension des mécanismes régissant cette propriété, la conformité, au travers de la comparaison de deux procédés, un réacteur plasma micro-onde ECR basse pression et une décharge de Townsend à la pression atmosphérique. L'incidence des paramètres opératoires (puissance, polarisation du substrat, température, mélange gazeux) sur la conformité a été étudiée. Ceci a permis de vérifier l'importance de l'effet d'ombrage à basse pression et de mettre en évidence le rôle majeur des ions. A pression atmosphérique, bien que le libre parcours moyen soit petit par rapport à la taille des microstructures, le dépôt se concentre essentiellement sur les régions supérieures de la microstructure. Afin de comprendre ce phénomène, des simulations de transports de matière et de champ électrique ont été mises en place. Il est apparu que la diffusion était susceptible d'expliquer ceci et que ces effets étaient accentués par la répartition du champ électrique à la surface de la microstructure. La prépondérance de l'un de ces phénomènes (la diffusion ou les effets de champ) semble varier selon les conditions, et en particulier selon le mélange gazeux
This PhD works is part of an industrial project on ophthalmic optic, developed by the company Essilor. The aim is to prepare a technological step in the apprehension of the optical function of the glass and in their production. The innovative idea is based on the introduction of some actives functions in the glass, thanks to its discretisation. To do so, Essilor turns toward the microlectronic technologies, and especially the plasma technologies. The thematic treated here is the deposition of a thin film by plasma on a microstructurated substrate. In order to obtain a quality of the film homogeneous on the whole microstructure, the coating must be conformal, i. E. It must have a thickness, composition and structure constant on all the microstructure parts. Thus, the issue of this PhD is the understanding of the mechanisms which control this property, through the use of two different processes, a microwave ECR low pressure plasma and an Atmospheric Pressure Townsend discharge. The effect of process parameters (power, substrate polarisation, temperature, gas mixture) on the conformity was studied. This allowed checking the significance of the shadow effect at low pressure and to bring out the main role of the ions. At atmospheric pressure, although mean free pass is lower compared to the microstructure size, the coating is mainly concentrated on the superior regions of the microstructure. In order to understand this phenomena, reactive mass transfer simulation and electrical field simulation was done. The diffusion seems to be responsible, and these effects are accentuated by the repartition of the electrical field at the surface. The predominance of one of these phenomena (diffusion or field effect) changes in function of the process conditions

Le travail porte sur l'étude d'un plasma d'azote issu d'une décharge à barrière diélectrique à la pression atmosphérique dans un double but : une meilleure compréhension des mécanismes physico-chimiques gouvernant une telle décharge et son application au traitement de surface de métaux. Ici, le traitement s'effectue dans des conditions de post-décharge spatiale. Ainsi les produits de la décharge (principalement les espèces actives) sont acheminés en dehors de l'espace inter-électrodes. Cette configuration permet de traiter des pièces de grandes dimensions ou présentant des parties concaves, et d'envisager un procédé industriel en défilé. Les matériaux étudiés sont les alliages métalliques Al-2024 et TiA6V4, Le but du traitement est de rendre compatible les surfaces avec des applications de collage et de peinture. Ce travail est dirigé suivant 3 axes principaux : - Etude théorique de la décharge à barrière diélectrique par la modélisation et la simulation numérique : les résultats ici obtenus décrivent de façon qualitative le comportement électrodynamique de la décharge, permettant également d'estimer son efficacité à produire des espèces actives. - Etude expérimentale de la DBD et de la post-décharge. Les mesures électriques ont été employées pour l'étude comparative des deux réacteurs DBD utilisés. Puis, le diagnostic optique a permis d'identifier une part importante des espèces produites pendant la DBD et de "suivre" leur trajet dans la post-décharge en flux, dans deux modes distincts de fonctionnement (sortie libre ou guidage par un tube de quartz). Les mécanismes réactionnels dominants ont été identifiés et étudiés. - Application de la DBD au traitement des surfaces métalliques en conditions de post-décharge spatiale. Il a été constaté, par des moyens macroscopiques mais aussi microscopiques de caractérisation de la surface, que le traitement effectue un nettoyage de la contamination organique de la surface mais aussi une désoxydation partielle
A dielectric barrier discharge (DBD) in Nitrogen at atmospheric pressure was the object of this work. The aim was primarily to gain insight to the physico-chemical mechanisms governing such a discharge and to also apply this configuration to the surface treatment of metals. Here, the surface treatment takes place in spatial afterglow conditions. The discharge products (active species in particular) are blown out of the inter-electrode space due to the special plasma reactors' geometry and the high gas flow. This enables the treatment of large areas and hollow objects and could easily be used in an industrial production line. The surfaces of Al-2024 and TiA6V4 metal alloys were treated during this work in an effort to render them compatible to applications involving adhesion. This work is thus composed of 3 main parts: - Numerical modeling of the DBD: results here obtained permit to qualitatively describe the discharge's electrodynamical behavior and estimate its yield in the production of active species. - Experimental study of the DBD and the afterglow: electrical diagnostic techniques were used in order to compare the two reactors studied. Optical diagnostics were then applied that helped identify the active species produced by the DBD and “follow” them in the flowing afterglow in two different configurations: the unguided and the quartz tube guided afterglow. The dominant physico-chemical mechanisms for the active species were thus identified for these conditions. - Application of the DBD in the treatment of metallic surfaces in afterglow conditions: By macroscopic and microscopic means of surface characterization it was observed that the DBD flowing afterglow were studied induces a cleaning of organic contaminants of the surface as well a possible partial de-oxidation

Le développement dans l'industrie aéronautique des composites à matrices organiques renforcés par des fibres de carbone se justifie entre autres par leur très bonne capacité à transférer les efforts mécaniques élevés en rapport de leur faible masse. Les matrices Poly-EtherEtherCétone (PEEK) sont des candidates idéales pour les applications structurales en raison de leurs bonnes propriétés chimiques, mécaniques, ainsi que d'une stabilité thermique supérieure à d'autres polymères. Cependant celles-ci présentent des inconvénients majeurs pour la phase de mise en peinture, à savoir une faible réactivité de surface et une inertie chimique importante qui impliquent le développement d'un procédé d'activation de surface avant toute étape de revêtement. Ce travail se concentre sur une technologie de plasma froid à la pression atmosphérique développée par la société AcXys Technologie(r) : le module ULS en post-décharge. Cette technologie, choisie sur la base de considérations industrielles et environnementales, vise à garantir une activation de surface efficace, sans détérioration des propriétés intrinsèques de la matrice polymère. L'objectif de ce travail est alors d'améliorer la compréhension des mécanismes d'activation par plasma menant à une meilleure adhésion à l'interface composite PEEK/revêtement industriel. Des caractérisations électriques et optiques de la décharge et de la post-décharge nous permettront de mieux comprendre le fonctionnement intrinsèque de l'équipement. Tandis que la caractérisation des modifications de surface (de nature chimiques, physiques et/ou physico-chimiques), notamment au travers de la mouillabilité et de l'acido-basicité, permet d'appréhender l'influence des paramètres opératoires et du gaz plasmagène utilisé. Dans la perspective de mieux spécifier les conditions optimales d'utilisation industrielles, nous évaluons dans cette étude la pertinence de l'utilisation de la notion de dose plasma pour ce procédé, notion représentative de l'ensemble des paramètres opératoires. Cette notion, communément rencontrée dans d'autres procédés, est revue et développée pour correspondre à notre cas d'étude. Son utilisation permet une juste comparaison entre des configurations d'activation différentes puisqu'elle rend compte à la fois de la puissance dissipée sur le substrat et du temps d'interaction plasma/surface. Afin de valider la dose plasma exprimée pour notre équipement, nous introduisons des mesures d'adhérence effectuées entre le composite activé et le revêtement. Les résultats laissent entrevoir des perspectives d'améliorations dans les procédés industriels d'activation de surface
Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) using thermoplastic polymer matrices as Poly-EtherEtherKetone (PEEK) for example, are increasingly being used in structural engineering due to their light weight coupled with good mechanical properties. In aeronautic industry, the adhesive bonding of these composites is often required. However, their low surface energy motivates the development of robust and reliable surface activation treatments aiming at increasing the surface reactivity before painting. For this reason, we have used an atmospheric pressure plasma torch developed by AcXys Technologies(r). It is a remote plasma, well known to be an effective process to improve surface reactivity without deterioration of the bulk matrix properties. This easily implementable technology attracts many industries looking for a cost-effective and eco-friendly surface activation process. The aim of this work is to contribute to the understanding of plasma activation mechanisms leading to a greater and a more durable adhesion between PEEK matrix and an industrial painting. This study provides some insight into the effects of process parameters (device power, distance between nozzle and substrate, etc) on adhesion improvement. Mechanisms which are attributed to it are investigated by means of three point bending and crosscut adhesion standard tests. Results are discussed with respect to surface properties characterized by wettability measurements including acid-base approach, X-ray Photoelectrons Spectroscopy and Atomic Force Microscopy. In order to facilitate industrialization of atmospheric pressure remote plasma as surface activation technique, this study proposes a new approach aiming at allowing a better and more equitable comparison between atmospheric pressure plasma processes. This comparison is made through the "plasma dose" expression, similar to the one commonly used in Corona process. It is applicable for one plasma gas and accounts for both received energy and interaction time of the post-discharge with the surface. Mechanisms assigned to improvement of adhesion will be more appreciated and their characterization will contribute to a greater definition of industrial surface preparation range by remote plasma

Ce travail porte sur l'étude de la propagation de décharges couronnes impulsionnelles à pression atmosphérique dans les milieux poreux et/ou alvéolaires. Face à la complexité des phénomènes mis en jeu, liés aux interactions entre la décharge et les surfaces du matériau qui la confine, nous proposons l'étude de décharges confinées par des structures élémentaires. L'étude du confinement radial des décharges, assuré par un large panel de capillaires, a été réalisée. Des diagnostics électriques et optiques de pointe permettent d'étudier la propagation de la décharge au sein des différents capillaires. La corrélation entre ces diagnostics a même permis des mesures de vitesse de propagation au sein de capillaires opaques. Les résultats montrent que la propagation de la décharge dépend grandement de la géométrie des capillaires et des paramètres électriques de génération de la décharge. Dans le cas de sections carrées ou rectangulaires, les arêtes induisent un renforcement local du champ qui attire la décharge. Dans le cas de capillaires cylindriques, le diamètre interne est le paramètre crucial qui détermine aussi bien la structure de la décharge que sa vitesse de propagation. Quelle que soit la nature du capillaire, la propagation présente alors une vitesse optimale à tout autre paramètre constant pour une valeur donnée du diamètre interne. Dans le cas du verre, la vitesse est maximale pour un diamètre interne de 200 µm. L'épaisseur et la permittivité diélectrique du capillaire possèdent également une influence sur la propagation de la décharge radialement confinée. Ainsi, diminuer l'épaisseur ou la permittivité diélectrique engendre une accélération de la décharge. Si l'épaisseur est très faible, la décharge peut même se déconfiner pour se propager à l'extérieur du capillaire. Une étude spectroscopique complémentaire montre que la réduction du diamètre de confinement implique une augmentation de la température du plasma, ce qui pourrait contribuer à l'obtention de ce profil de vitesse en fonction du diamètre de confinement. L'étude du confinement axial des décharges a ensuite été réalisée en insérant des membranes de différentes natures et caractéristiques, perpendiculairement à l'axe pointe plan. Les résultats montrent que la décharge présente une propagation en trois étapes : pointe/membrane, radialement au voisinage de la membrane, puis membrane/plan. Dans cette étude, nous avons mis en évidence l'importance du critère poreux ou non de la membrane. Dans le cas poreux, la propagation de la décharge dans l'ensemble du gap est continue, même pour des pores de l'ordre de la dizaine de µm. Dans le cas non poreux, la propagation est discontinue, et il est nécessaire pour assurer la propagation dans l'ensemble du gap qu'un ré-allumage ait lieu de l'autre côté de la membrane. Après l'instant de l'impact sur la membrane, la décharge marque un arrêt qui correspond à la réorganisation des charges et à la restructuration du champ électrique dans le gap. Elle se propage ensuite radialement au voisinage de la membrane en plusieurs fronts d'ionisation. Si les conditions de claquage sont réunies dans le volume membrane/plan, alors un ré-allumage apparaît à partir de la membrane pour atteindre le plan. L'étude de ces ré-allumages semble montrer l'importance de la position de la membrane au sein de l'espace inter-électrodes et de la dynamique des charges aux surfaces de la membrane. Plus on diminue la distance membrane/plan, plus il est facile d'en observer. Nous montrons également que la diminution de la permittivité diélectrique de la membrane ou l'augmentation de son épaisseur, semble augmenter la probabilité de ces ré-allumages. Dans le cas poreux, nous avons également mis en évidence l'influence de la taille des pores de la membrane sur l'ensemble des étapes de propagation. Lorsque la porosité est inférieure à 100 µm la propagation de la décharge est ralentie du fait de la difficulté de la décharge à traverser directement le matériau.

Dans le cadre de cette thèse, des travaux sur la bio décontamination de surface ont été entrepris, en s’intéressant tout particulièrement aux problématiques d’infections nosocomiales en milieu hospitalier. Dans cet objectif, deux sources de plasma froid ont été caractérisées et leurs effets biocides sur des micro-organismes tels qu’Escherichia coli et Bacillus stearothermophilus (micro-organismes de référence dans les procédures de stérilisation) ont été étudiés
Non thermal plasma technologies have recently been receiving attention as an alternative technology for surface decontamination of thermally sensitive medical materials. This work focuses on two atmospheric pressure discharges. Bacteria exposure (contaminated samples with Escherichia coli and Bacillus stearothermophilus ) and spectroscopic measurements were made simultaneously

Ces travaux s'inscrivent à la convergence des domaines de la physique des plasmas et de la biologie végétale. L'objectif de cette thèse est de contribuer à apporter des réponses quant aux mécanismes impliqués dans les effets des plasmas froids à pression atmosphérique sur la germination et le développement des plantes. La plante modèle en biologie végétale Arabidopsis thaliana est utilisée ; en considérant le génotype de référence Col-0 et plusieurs de ses mutants (gl2 et gpat5) afin de mieux mettre en évidence l'effet du plasma notamment sur les stress osmotiques et salins. Pour le traitement direct des graines afin de favoriser la germination, les plasmas d'air sont utilisés. Le traitement indirect, servant à la stimulation de la croissance, utilise l'eau activée par plasma (PAW) grâce aux jets de plasma d'hélium. Les résultats montrent un effet positif du traitement au plasma d'air généré par un dispositif de décharge à barrière diélectrique sur électrode flottante (FE-DBD) et également un dispositif corona dans l'air ambiant. Ces traitements directs permettent une augmentation du taux de germination mais surtout une augmentation de la vitesse de germination. Une analyse de la perméabilité des graines a mis en évidence un changement à la surface des graines dû à un effet physique du plasma sur la surface. L'analyse des résidus de surface montre un changement en composition lipidique. Cela étant fortement corrélé avec la germination, ces résultats permettent la mise en évidence de piste de compréhension des effets des plasmas sur la germination des graines. Dans une seconde partie, le traitement indirect des plantes par le PAW a pour effet une augmentation de la vitesse de croissance. Le plasma créant un nombre certains d'espèces réactive de l'oxygène et de l'azote (notamment des nitrates et des nitrites) agit comme un engrais stimulant la croissance des plantes
This work is part of the convergence of the fields of plasma physics and plant biology. The objective of this thesis is to contribute answers to the mechanisms involved in the effects of cold plasmas at atmospheric pressure on the germination and development of plants. The plant model in plant biology Arabidopsis thaliana is used; by considering the reference genotype Col-0 and several of its mutants (gl2 and gpat5) in order to better highlight the effect of plasma, in particular on osmotic and saline stresses. For the direct treatment of seeds to promote germination, air plasmas are used. Indirect treatment for growth stimulation uses plasma-activated water (PAW) thanks to helium plasma jets. The results show a positive effect of the plasma treatment of air generated by a dielectric barrier discharge device on a floating electrode (FE-DBD) and also a corona device in ambient air. These direct treatments allow an increase in the germination rate but above all an increase in the speed of germination. Analysis of the seed permeability revealed a change in the seed surface due to a physical effect of the plasma on the surface. Analysis of the surface residues shows a change in lipid composition. This being strongly correlated with germination; these results allow the identification of an understanding track of the effects of plasmas on the germination of seeds. In a second part, the indirect treatment of plants with PAW has the effect of increasing the growth rate. The plasma creating a certain number of reactive species of oxygen and nitrogen (in particular nitrates and nitrites) acts as a fertilizer stimulating the growth of plants

Le cholangiocarcinome (CCA) est un cancer au pronostic défavorable, avec un arsenal thérapeutique limité. La résection chirurgicale est la seule option curative disponible, mais n'est applicable qu'à un nombre restreint de patients et offre des chances de survie relativement faibles (survie de 5 ans de 30 %) en raison d'un diagnostic généralement tardif. Les thérapies palliatives, basées sur la chimiothérapie et l'immunothérapie, sont généralement inefficaces, principalement en raison du caractère desmoplasique du CCA qui limite l'entrée des médicaments au site tumoral. Avec une incidence croissante et représentant 2 % de la mortalité mondiale par cancer, il est crucial de développer de nouvelles thérapies, notamment des traitements locaux ciblant les cellules tumorales et leur microenvironnement, pour le traitement de ce cancer.C'est dans ce contexte que l'enthousiasme pour l'utilisation du plasma froid atmosphérique (CAP) dans le traitement du CCA a émergé. Considéré comme le quatrième état de la matière et généré par l'ionisation partielle d'un gaz à basse température, le CAP a démontré des effets antitumoraux prometteurs dans divers modèles précliniques de cancer depuis une quinzaine d'années. Il est en effet capable de produire des espèces réactives de l'oxygène et de l'azote (RONS). Une collaboration étroite entre le Centre de Recherche Saint-Antoine (CRSA) et le Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP) a permis de mettre en évidence des effets antitumoraux significatifs dans un modèle murin immunodéficient de CCA, ainsi que des remodelages importants du stroma tumoral, un élément crucial dans la progression de la tumeur. Depuis, un dispositif CAP adapté à une insertion dans un duodénoscope a été mis au point, dans le but de permettre dans le futur un traitement in situ des tumeurs de CCA par voie endoscopique. L'objectif de cette thèse a donc été d'explorer les effets antitumoraux de cette nouvelle source de plasma sur des modèles in vitro et in vivo de CCA, en distinguant les effets directs du plasma sur les cellules tumorales de ceux indirects sur la tumorigenèse, portés via des modifications phénotypiques des cellules stromales, notamment les fibroblastes associés au cancer (CAFs) et les cellules endothéliales tumorales (TECs). Après avoir démontré la faisabilité technique et l'applicabilité biologique de cette source endoscopique, il a été observé que le stress oxydant induit par le CAP modifiait l'état d'activation et le phénotype migratoire des CAFs, tout en affectant la viabilité et le profil angiogénique des TECs. L'utilisation de modèles tridimensionnels sphéroïdes a également révélé des signatures immunogènes déclenchées par le traitement au plasma froid. En effet, il a été prouvé in vivo, via une vaccination prophylactique, que le CAP pouvait induire une mort cellulaire immunogène (ICD) des cellules tumorales, favorisant le recrutement de cellules immunitaires sur le site tumoral. Des résultats préliminaires ont aussi montré que le traitement direct des tumeurs sous-cutanées ralentissait la croissance tumorale tout en permettant le recrutement de cellules immunes antitumorales. Enfin, après avoir éclairci les mécanismes de l'ICD in vitro, une nouvelle approche thérapeutique combinant le CAP et des vaccinations a été proposée, démontrant un effet antitumoral accompagné d'une infiltration accrue de cellules immunitaires. Dans l'optique de rendre l'utilisation du CAP accessible en clinique, des tests sur des modèles porcins ont été réalisés pour vérifier la sécurité thermique et électrique de cette source endoscopique, tant pour le patient que pour le clinicien. Ainsi, le CAP ouvre de nouvelles perspectives prometteuses pour le traitement locorégional du CCA, en modulant l'immunogénicité des tumeurs et en impactant leur stroma desmoplasique
Cholangiocarcinoma (CCA) is a cancer with a poor prognosis and limited therapeutic options. Surgical resection is the only curative option available, but it is applicable to only a small number of patients and offers relatively low survival rates (5-year survival of 30%) due to the typically late diagnosis of this cancer. Palliative therapies, based on chemotherapy and immunotherapy, are generally ineffective, mainly because of the desmoplastic nature of CCA, which limits the entry of drugs into the tumor site. With an increasing incidence and accounting for 2% of global cancer mortality, it is crucial to develop new therapies, including local treatments targeting tumor cells and their microenvironment, for the treatment of this cancer. It is in this context that enthusiasm for the use of cold atmospheric plasma (CAP) in the treatment of CCA has emerged. Considered the fourth state of matter and generated by the partial ionization of a gas at low temperature, CAP has demonstrated promising antitumor effects in various preclinical cancer models over the past fifteen years. It is indeed capable of producing reactive oxygen and nitrogen species (RONS). A close collaboration between the Saint-Antoine Research Center (CRSA) and the Plasma Physics Laboratory (LPP) has highlighted significant antitumor effects in an immunodeficient murine model of CCA, as well as significant remodeling of the tumor stroma, a crucial element in tumor progression. Since then, a CAP device adapted for insertion into a duodenoscope has been developed, with the aim of enabling in situ treatment of CCA tumors via endoscopy in the future. The objective of this thesis was to explore the antitumor effects of this new plasma source on in vitro and in vivo models of CCA, distinguishing the direct effects of plasma on tumor cells from indirect effects on tumorigenesis, mediated by phenotypic modifications of stromal cells, including cancer-associated fibroblasts (CAFs) and tumor endothelial cells (TECs). After demonstrating the technical feasibility and biological applicability of this endoscopic source, it was observed that the oxidative stress induced by CAP altered the activation state and migratory phenotype of CAFs, while affecting the viability and angiogenic profile of TECs. The use of three-dimensional spheroid models also revealed immunogenic signatures triggered by cold plasma treatment. Indeed, it was proven in vivo, through prophylactic vaccination, that CAP could induce immunogenic cell death (ICD) of tumor cells, promoting the recruitment of immune cells to the tumor site. Preliminary results also showed that direct treatment of subcutaneous tumors slowed tumor growth while allowing the recruitment of antitumor immune cells. Finally, after elucidating the mechanisms of ICD in vitro, a new therapeutic approach combining CAP and vaccinations was proposed, demonstrating an antitumor effect accompanied by increased infiltration of immune cells. To make the use of CAP clinically accessible, tests on porcine models were conducted to verify the thermal and electrical safety of this endoscopic source, both for the patient and the clinician. Thus, CAP opens up promising new perspectives for the locoregional treatment of CCA, by modulating the immunogenicity of tumors and impacting their desmoplastic stroma

Introduction : Le plasma atmosphérique froid est un gaz ionisé produit à pression atmosphérique. Plusieurs applications médicales sont étudiées, notamment la cicatrisation des plaies chroniques et l’effet antimicrobien. En effet, le traitement par plasma permet de générer de nombreuses espèces réactives de l’oxygène et de l’azote. L’application d’un tel traitement in-vitro sur des cellules eucaryotes a montré de nombreux effets cellulaires tel que l’apoptose. Les applications dans le domaine de l’oncologie ont par conséquent été étudiées. Objectif : L’objectif de cette revue systématique est d’analyser l’utilisation du plasma atmosphérique froid en oncologie ainsi que les méthodologies (lignées cellulaires ciblées, paramètres physiques, thérapies directes ou indirectes) mises en oeuvre jusqu’à ce jour. Matériels et méthodes : Les bases de données Pubmed, ICTRP et Google Scholar ont été explorées jusqu’au 17/01/2017 afin de recenser les études traitant de l’utilisation du plasma en oncologie, que ce soit des études in-vitro, in-vivo ou des essais cliniques. Résultats : 150 articles originaux ont été inclus. Les Jets de plasma sont les systèmes de production de plasma les plus utilisés (73,3%). L’hélium est le gaz le plus utilisé (34%) suivi par l’air (28%) et l’argon (19,3%). Les études sont principalement in-vitro (94%). L’application directe du plasma est la plus représentée (84,2%). Les lignées cellulaires ciblées sont la plupart dérivées de lignées cancéreuses humaines (82%), en particulier des lignées issues de cancer du cerveau (16,6%). Conclusions : Cette étude met en évidence la multiplicité de moyens de production et d’applications clinques du plasma atmosphérique froid en oncologie. Alors que certains dispositifs peuvent être utilisés directement sur les patients, d’autres ouvrent la voie au développement de nouveaux produits pharmaceutiques qui pourraient être produits à échelle industrielle. L’utilisation clinique du plasma nécessite la mise au point de protocoles fiables et standardisés afin de déterminer le plasma le plus adapté à chaque type de cancers et d’envisager son association avec les traitements conventionnels.