Traitement plasma vs traitement Corona

Plasma, corona ? Quelle différence ?

Quelle est la différence entre le plasma et le corona ? Quels sont leurs avantages et leurs inconvénients respectifs ?

Nombreux sont les personnes qui nous posent la question. Nous allons tenter d'apporter une réponse aussi précise que détaillée.

A l'origine, une question de vocabulaire

Il existe une confusion liée au fait que les mots « plasma » et « corona » n'ont pas le même sens, selon qu'ils décrivent un phénomène physique ou une technologie.

Le plasma au sens physique

Dans sa définition physique, le plasma est un gaz ionisé. Cela veut dire qu'une partie des atomes ou des molécules de ce gaz ont une charge électrique non nulle, soit suite à l'arrachement d'un ou plusieurs électrons (qui deviennent alors des électrons libres), soit suite à l'absorption d'un électron.

Le plasma est donc capable de transporter des charges électriques, ce qui veut dire qu'il est conducteur de l'électricité, contrairement à un gaz normal qui est isolant. Un plasma contient de nombreuses espèces : électrons libres, ions positifs ou négatifs, radicaux, métastables. Ce sont les propriétés de ces espèces, ainsi que les rayonnements électromagnétiques associés, qui sont exploitées pour l'utilisation technologique du plasma.

Le corona au sens physique

Effet corona, effet de pointe et feux de Saint-Elme.

Pour créer un plasma, une méthode consiste à appliquer une tension électrique entre deux électrodes conductrices et espacées dans un gaz. Lorsque la tension est suffisamment élevée, le champ électrique parvient à accélérer les électrons libres, naturellement présents dans le gaz, qui vont à leur tour arracher des électrons aux atomes et molécules neutres qu'ils heurtent.

Lorsque les électrodes présentent une forte asymétrie, et en particulier lorsque l'une d'entre elle est en forme de pointe, le champ électrique n'est pas uniforme le long de l'espace inter-électrodes. Le champ électrique est plus intense du côté de la pointe. Il en résulte une situation particulière dans laquelle le plasma s'allume autour de l'électrode pointue, mais ne peut pas s'allumer au-delà. Cela se matérialise par un ensemble de petits arcs qui crépitent autour de la pointe. C’est l’effet corona.

Cette propriété s’illustre par un phénomène connu des navigateurs sous le nom de « feu de Saint-Elme ». Par temps orageux, un bateau isolé peut voir les extrémités de ses mats parsemés de micro-arcs. Le mat du bateau représente l'électrode pointue, l'autre électrode étant les nuages chargés électriquement dans le ciel orageux.

Le même effet peut être observé sur la pointe des piolets des alpinistes, par temps orageux également.

L'effet de pointe est exploité par les paratonnerres, dont la forme pointue vise à favoriser la créations des éclairs.

Le corona au sens technologique : le traitement corona

Le traitement corona est une technologie dont la configuration la plus connue permet de traiter des films plastiques sur des grandes largeurs (plusieurs mètres) et à grande vitesse (plusieurs centaines de mètres / minute).

Le film plastique est maintenu par un rouleau support qui est relié à la terre. Une électrode est placée en vis à vis du rouleau, de l'autre côté du rouleau par rapport au film, séparée du film par une fine lame de gaz (en général l'air libre). L'électrode est reliée à une générateur délivrant un signal haute tension (plusieurs kV) alternatif (quelques kHz). Lorsque la tension est appliquée, une décharge électrique se crée dans l'air. Vous aurez donc remarqué que la technologie corona est un plasma au sens physique ! L'électrode a généralement une forme pointue, permettant d'amorcer la décharge électrique dans l'air plus facilement, comme dans l'effet corona. C'est cette similitude qui explique le choix du terme « corona » pour désigner la technologie. Cependant, la similitude s'arrête là ! En effet, dans l'effet corona physique, la propagation des arcs est naturellement limitée par l'extinction du champ électrique, loin de l'électrode pointue. Dans le traitement corona, les arcs se propagent entièrement entre les deux électrodes, leur intensité étant limitée soit par le film plastique qui joue le rôle d'isolant électrique (on parle de décharge à barrière diélectrique), soit par le générateur électrique qui limite le courant dans la décharge.

Certaines versions d'appareils corona créent une décharge entre deux électrodes et soufflent cette décharge en direction de la zone à traiter. On parle de corona soufflé.

Le plasma au sens technologique

Le plasma froid à pression atmosphérique est une technologie utilisant le principe du plasma physique.

Il s'agit d'une décharge électrique créée dans un gaz à pression atmosphérique, avec un courant électrique faible, dont le produit est projeté sur une surface à traiter. Les gaz principalement utilisés sont : l'air, l'azote, l'hélium, l'argon, et parfois des mélanges de ces gaz.

L'intensité électrique du plasma est de l'ordre de 1 Ampère. Ainsi, même si la température peut atteindre plusieurs centaines de °C dans le plasma, il est qualifié de plasma froid, en opposition aux plasma thermiques utilisés pour la découpe ou la projection, qui atteignent plusieurs milliers de °C.

Les espèces créées lors de la décharge plasma sont projetées hors de la zone de décharge, le gaz s'écoulant de manière continue, afin de rencontrer la surface à traiter. On dissocie ainsi la création des espèces (la décharge électrique), de leur réaction avec le surface (le traitement). On parle de plasma déporté ou de plasma soufflé. Contrairement au corona soufflé, le plasma soufflé est très homogène et a l'apparence d'une flamme. On ne distingue plus les arcs à l'extérieur de la source plasma.

Plasma Vs Corona : avantages et inconvénients

Si le corona est apparu dans l'industrie bien avant le plasma atmosphérique, il est désormais considéré comme le « plasma du pauvre ».

Le corona est en effet une technologie qui nécessite un investissement réduit, ce qui le rend attractif. Cette technologie a cependant de nombreuses limitations :

  • traitement inhomogène
  • traitement pouvant altérer les surfaces (traces de traitement, points d'impacts)
  • traitement pouvant percer les films ou traiter les faces arrières de manière non contrôlée
  • présence de haute-tension à l'air libre : risque de rayonnement électromagnétique
  • difficulté pour traiter des matériaux conducteurs (besoin d'adapter les électrodes)
  • faible efficacité de traitement

Grâce à une séparation propre entre la décharge électrique et le traitement de la surface, le plasma s'affranchit de tous ces inconvénients et apport une solution à haute valeur ajoutée.

Par conséquent, le corona est de plus en plus remplacé par le plasma dans l'industrie. Le corona reste cependant dominant pour le traitement de films à basse ou moyenne valeur ajoute, nécessitant des traitements larges (plusieurs mètres) à haute vitesse (> 100 m/min).

Le corona trouve également une place en raison de son faible coût, lorsque son niveau de traitement reste acceptable pour l'application visée.