UE Procédés industriels / Industrial processes

Les exemples d'utilisation des plasmas froids dans l'industrie sont nombreux. Aussi, l'objectif de ce cours est double : d'une part faire comprendre ce qu'est un plasma et d'autre part apprendre à utiliser voire à améliorer un procédé plasma industriel. Pour cela, nous définirons les principales notions intervenant en physique des plasmas, puis nous présenterons les différents types de réacteurs utilisés dans l'industrie ou la recherche. Enfin, suite à l'étude de l'interaction plasma/surface, nous donnerons des exemples de procédés assistés par plasma.

1 Définition des plasmas
    1.1 Principales grandeurs d'un plasma
    1.2 Les différents plasmas
    1.3 Phénomènes de transport des espèces dans un plasma confiné dans une enceinte
    1.4 Rappel sur les sections efficaces de collision
2 Les sources plasmas
    2.1 Décharges continues
    2.2 Décharges RF capacitives et inductives
    2.3 Décharges microondes
3 Exemples d'applications
    3.1 Plasmas pour la dépollution
    3.2 Écrans plats
    3.3 Stérilisation plasma
    3.4 Traitement de polymères
    3.5 Traitement de textiles
4 Interaction Plasma/surface
    4.1 Mécanismes réactionnels
    4.2 Procédés de dépôt 1 : PVD - application au revêtement (intervention d'un industriel)
    4.3 Procédés de dépôt 2 : PECVD
    4.4 Gravure plasma - application à la microélectronique (intervention d'un industriel)
5 Quelques techniques de caractérisation des plasmas
    5.1 La spectroscopie d'émission optique
    5.2 La sonde de Langmuir
    5.3 La spectrométrie de masse
RQ: Chaque année 2 à 3 intervenants du monde industriel viennent illustrer ce cours. Exemple 2013/2014 : Un intervenant de l'IFTH pour illustrer le traitement des textiles par plasma (2h) et un intervenant la société STMicroelectronics pour illustrer le choix d'un équipement de gravure plasma 300 mm (3h).

With this lecture cold plasmas used in industry will be presented from definition to application: material processing, surface cleaning, light emission, medical...

1. Cold plasma definitions
2. Cold plasma discharges and ignition
3. Deposition
4. Etching
5. Other applications like medical or light emission

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Objectifs :    
Ces travaux pratiques effectués en Salle Blanche servent à illustrer les cours de Traitement et élaboration des Matériaux par Plasma (TP Plasma) et les cours de semi-conducteurs et des technologies couches minces associées (TP Salle Blanche).

Le TP Salle Blanche sert à mettre en pratique les principaux procédés technologiques mises en œuvre dans la fabrication des circuits intégrés en technologie silicium; à sensibiliser les étudiants aux contraintes techniques imposées par l’environnement spécial de la salle blanche. Dans ce cadre les étudiants auront à élaborer entièrement un dispositif intégré simple : le condensateur MOS (Métal-Oxide-Semiconducteur). Puis, ils aborderont les techniques de tests électriques des composants intégrés. ces TPs sont effectués au CIME MINATEC

Les TP plasmas, illustrent le cours traitement et élaboration des plasmas. Ils se font dans la salle blanche
du CEA/LETI sur les réacteurs plasmas industriels 200 et 300 mm du LTM (Laboratoire des technologies de la Microélectronique).

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Le but de ce cours est d'approfondir certaines technologies industrielles de mise en forme des matériaux et/ou de modifications des matériaux.
Ce module est donc principalement assuré par des intervenants du monde industriel.

Cinq procédés sont plus particulièrement illustrés dans ce cours :
- Les technologies de soudage et de brasage par un intervenant de la société General Electric (David Ruynat). Un TP de soudage de 4h est par la suite proposé par un enseignant de chaudronnerie du Lycée Pablo Neruda (Florent Rocher).
- Les technologies de fabrication additive (impression 3D) sont présentées par un enseignant chercheur de Polytech (Guilhem Martin)
- Les technologies de traitement de surface, par un intervenant de la société NEXTER-GROUPE (Clément Duchasseint)
Objectif : Présenter une vue générale des principaux traitements de Surface utilisés dans le monde industriel classique (Présentation de plus de 30 TRS). (L'objectif est de connaitre les principes de chaque TRS)
    * Généralités (importance et raison d'être du TRS)
    *  Revêtements par voie humide et voie sèche
    * Traitement de Conversion (Electrolytique et chimique)
    * Traitement de Transformation structural (mécanique et Thermique)
    * Traitement Thermochimique
    * Utilisation des TRS
    * Conclusions (choix d'un TRS)
- Les technologies MIM et de Thixoformage par un intervenant de la société ROLEX (Bruno Lisiecki)
- Les procédés pour l'emballage par un intervenant de la société TETRAPAK (Pierre Fayet).

Plan du cours :
1 Introduction  avec la participation active des étudiants en les faisant réfléchir aux fonctions de l'emballage
2 Les solutions générales actuelles
3 L'emballage TETRA PAK : des matières premières aux machines de remplissage
4 Matériaux barrières avec la participation des étudiants
5 Les dépôts sous vide sur films polymères: comparaison évaporation-PECVD pour AlOx, SiOx
6 La PECVD: comment ça marche, analyse de la phase gazeuse et dépôts
7 Croissances des couches barrières et propriétés mécaniques
8 Environnement, bio-polymères, etc.
9 Applications

The aim of this course is to deepen certain industrial technologies for material shaping and/or material modification.
This module is therefore mainly provided by stakeholders from the industrial worl.

Five processes are particularly illustrated in this course:
- Welding and brazing technologies by an industrial partner from General Electric (David Ruynat). A 4-hour welding session is then proposed by a teacher from the Pablo Neruda High School (Florent Rocher).
- The additive manufacturing technologies (3D printing) are presented by an Associate Professor from Polytech (Guilhem Martin)
- Surface treatment technologies, by an industrial partner lec from the company NEXTER-GROUPE (Clément Duchasseint)
Objective: To present an overview of the main surface treatments used in the traditional industrial world (Presentation of more than 30 TRS). (The objective is to know the principles of each TRS)
    * General (importance and purpose of the SRT)
    * Wet and dry coatings
    * Conversion Processing (Electrolytic and Chemical)
    * Structural Transformation Treatment (mechanical and Thermal)
    * Thermochemical treatment
    * Use of SRTs
    * Conclusions (choice of a TRS)
- MIM and Thixoforming technologies by an industrial partner from ROLEX (Bruno Lisiecki)
- Packaging processes by an industrial partner from TETRAPAK  (Pierre Fayet).

Course outline :
1 Introduction with the active participation of students by making them think about the functions of packaging
2 Current general solutions
3 TETRA PAK packaging: from raw materials to filling machines
4 Barrier materials with student participation
5 Vacuum deposition on polymer films: evaporation-PECVD comparison for AlOx, SiOx
6 PECVD: how it works, analysis of the gas phase and deposits
7 Growth of barrier layers and mechanical properties
8 Environment, bio-polymers, etc.
9 Applications

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Initier l'étudiant à la mise en œuvre de polymère et à l'utilisation de machines industrielles d'extrusion, d'injection et de soufflage.

1 Les techniques de transformation des matériaux polymères
    1.1 Aspects théoriques
    1.2 Les problèmes de mise en œuvre dans l'industrie des câbles
    1.3 La cristallisation des polymères
2 Projets encadrés : mise en œuvre sur machines industrielles
    2.1 Extrusion
    2.2 Injection
    2.3 Soufflage
3 Formulation des polymères et des systèmes réactifs
    2.1 Relations structures/propriétés en fonction de la formulation et du procédé de mise en œuvre
    2.2 Formulation des plastiques pour des applications électriques
    2.3 Recyclage des polymères : impact de la formulation
    2.4 Mécanisme et cinétique de polymérisation, transitions et diagrammes de phases, Chimie et thermodynamique des mélanges

RQ : Ce cours est effectué par un intervenant industriel de la société Valéo (Agnès Plain) et les TPs de mise en oeuvre sont effectués sur les machines industrielles du Lycée VAUCANSON (Stéphane Pain).
La visite de l'usine ARaymond de Saint Egrève fait aussi partie de ce cours.

Introduce the student to the use of polymer and the use of industrial extrusion, injection and blowing machines.

1 Processing techniques for polymer materials
    1.1 Theoretical aspects
    1.2 Implementation problems in the cable industry
    1.3 Crystallization of polymers
2 Supervised projects: implementation on industrial machines
    2.1 Extrusion
    2.2 Injection
    2.3 Blowing
3 Formulation of polymers and reactive systems
    3.1 Structure/property relationships according to the formulation and implementation process
    3.2 Formulation of plastics for electrical applications
    3.3 Polymer recycling: impact of the formulation
    3.4 Polymerization mechanism and kinetics, transitions and phase diagrams, Chemistry and thermodynamics of mixtures

RQ: This course is carried out by an industrial partner from Valéo (Agnès Plain) and the implementation TPs are carried out on the industrial machines of the Lycée VAUCANSON (Stephane Pain)
The visit of the ARaymond industrial plant at Saint Egreve is also part of this class.

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