UNIVERSITE TOULOUSE III - PAUL SABATIER- U.F.R. P.C.A.
THESE
Présentée en vue de l’obtention du titre de
DOCTEURE DE L’UNIVERSITE TOULOUSE III
Discipline : Plasmas froids : Microbiologie
Par
Sandrine VILLEGER
OPTIMISATION D’UNE POST DÉCHARGE DE N -O 2 2 EN VUE D’UNE APPLICATION À UN PROCEDE DE STÉRILISATION
Directeur de thèse : A. Ricard Co-directeur de thèse : M. Sixou
Dissertation originale examinée le 24 juin 2004 par
Rapporteurs : Mme C. ROQUES : MCU, faculté des sciences Pharmaceutiques - Toulouse M ; B. HELD : Professeur, LGEP, UFR sciences et techniques - Pau
Président du jury : M. Y. SEGUY : Professeur, Université Paul Sabatier - Toulouse
M. M. MOISAN : Professeur, Université de Montréal - Montréal M. M. SIXOU : MCU, PH, Faculté de chirurgie dentaire – Toulouse M. A. RICARD : Directeur de recherche, Université Paul Sabatier – Toulouse
Centre de Physique des Plasmas et de leurs Applications de Toulouse – ESA 5002 Université Paul Sabatier – 118, route de Narbonne – 31062 Toulouse cedex 04 UNIVERSITE TOULOUSE III - PAUL SABATIER- U.F.R. P.C.A.
THESE
Présentée en vue de l’obtention du titre de
DOCTEURE DE L’UNIVERSITE TOULOUSE III
Discipline : Plasmas froids : Microbiologie
Par
Sandrine VILLEGER
OPTIMISATION D’UNE POST DÉCHARGE DE N -O 2 2 EN VUE D’UNE APPLICATION À UN PROCEDE DE STÉRILISATION ...
UNIVERSITE TOULOUSE III - PAUL SABATIER-
U.F.R. P.C.A.
THESE
Présentée en vue de l’obtention du titre de
DOCTEURE DE L’UNIVERSITE TOULOUSE III
Discipline : Plasmas froids
: Microbiologie
Par
Sandrine VILLEGER
OPTIMISATION D’UNE POST DÉCHARGE DE N -O 2 2
EN VUE D’UNE APPLICATION
À UN PROCEDE DE STÉRILISATION
Directeur de thèse : A. Ricard
Co-directeur de thèse : M. Sixou
Dissertation originale examinée le 24 juin 2004 par
Rapporteurs :
Mme C. ROQUES : MCU, faculté des sciences Pharmaceutiques - Toulouse
M ; B. HELD : Professeur, LGEP, UFR sciences et techniques - Pau
Président du jury :
M. Y. SEGUY : Professeur, Université Paul Sabatier - Toulouse
M. M. MOISAN : Professeur, Université de Montréal - Montréal
M. M. SIXOU : MCU, PH, Faculté de chirurgie dentaire – Toulouse
M. A. RICARD : Directeur de recherche, Université Paul Sabatier – Toulouse
Centre de Physique des Plasmas et de leurs Applications de Toulouse – ESA 5002
Université Paul Sabatier – 118, route de Narbonne –
31062 Toulouse cedex 04 UNIVERSITE TOULOUSE III - PAUL SABATIER-
U.F.R. P.C.A.
THESE
Présentée en vue de l’obtention du titre de
DOCTEURE DE L’UNIVERSITE TOULOUSE III
Discipline : Plasmas froids
: Microbiologie
Par
Sandrine VILLEGER
OPTIMISATION D’UNE POST DÉCHARGE DE N -O 2 2
EN VUE D’UNE APPLICATION
À UN PROCEDE DE STÉRILISATION
Directeur de thèse : A. Ricard
Co-directeur de thèse : M. Sixou
Dissertation originale examinée le 24 juin 2004 par
Rapporteurs :
Mme C. ROQUES : MCU, faculté des sciences Pharmaceutiques - Toulouse
M ; B. HELD : Professeur, LGEP, UFR sciences et techniques - Pau
Président du jury :
M. Y. SEGUY : Professeur, Université Paul Sabatier - Toulouse
M. M. MOISAN : Professeur, Université de Montréal - Montréal
M. M. SIXOU : MCU, PH, Faculté de chirurgie dentaire – Toulouse
M. A. RICARD : Directeur de recherche, Université Paul Sabatier – Toulouse
Centre de Physique des Plasmas et de leurs Applications de Toulouse – ESA 5002
Université Paul Sabatier – 118, route de Narbonne – 31062 Toulouse cedex 04 Ce travail de thèse a été réalisé en collaboration entre le Centre de Physique des Plasmas et de
leur Application de Toulouse et le Groupe de Recherche en Epidémiologie des Maladies Infectieuses
de la faculté de chirurgie dentaire de Toulouse.
J’exprime ma profonde reconnaissance à Mr A. Ricard qui m’a encadrée au cours de ces trois
années de thèse. Je tiens à le remercier pour la confiance qu’il m’a accordée et la liberté d’action qu’il
m’a octroyée. Pourtant, étant biochimiste, l’affaire n’était pas gagnée, sa patience a souvent été mise à
rude épreuve. Ainsi, je tiens à le remercier pour sa gentillesse et son soutien.
Je tiens à remercier Mr M. Sixou, pour sa confiance et pour l’ensemble des conseils qu’il m’a
promulguée au cours de cette thèse.
J’ai eu la chance de bénéficier, grâce au dynamisme de ces deux laboratoires, de conditions matérielles
favorables, me permettant d’avancer rapidement dans ce sujet de thèse.
De plus, ce travail a reçu le soutien financier de la société Satelec acteongroup. Je remercie
son responsable scientifique Mr DIERAS pour la confiance qu’il m’a accordée pour la liberté d’action
dont j’ai bénéficié et pour nous avoir fourni les autoclaves nécessaires à la réalisation du prototype.
Je tiens à remercier le professeur Y. Seguy pour avoir accepté la présidence du jury de ma
thèse. Je tiens également à remercier madame C. Roques et monsieur B. Held pour avoir accepté d’être
les rapporteurs de ma thèse et pour leurs questions pertinentes ainsi que leur sens critique.
Je tiens à remercier le professeur M. Moisan, de s’être déplacer d’aussi loin pour être
membre du jury de thèse. Il reste le premier à avoir étudié la post décharge N -O , en tant que procédé 2 2
de stérilisation.
Bien sûre, un grand merci à J.P Sarrette pour nos discutions scientifiques, pour son humour et
pour sa patience face à mes interrogations répétées concernant la recombinaison atomique, pour
lesquelles il a toujours répondu présent. Je remercie également, au sein de cette équipe, madame A.M.
Gomès, pour sa gentillesse et ses anecdotes.
Je tiens à remercier Monsieur J.L. Bonneval qui a permis la réalisation de pièces, du réacteur
à plasma, nécessaires pour que cette étude avance. Son bureau juxtaposant le mien, j’ai bénéficié de
son humeur joviale. Je remercie également notre maître de conférence Freddy, pour son soutien , sa
confiance et sa bonne humeur. Un grand merci à A. Lafforgue pour la préparation des milieux de
culture.
Bien évidemment je remercie la bande de joyeux lurons (Gerald, Nofel et tout ceux qui se
reconnaîtront … ) qui n’ont pas ménager leurs efforts, traverser le couloir du CPAT devenait chaque
jour un peu plus périlleux. D’ailleurs mon vélo s’en souvient encore. Sans oublier l’ensemble des
thésards du CPAT que j’ai côtoyés de loin ou de près.
Il serait inimaginable de ne pas mentionner Sarah Cousty dont l’humour, la sagesse et la
patience resteront dans les annales. Non, d’ailleurs ce n’est même pas mentionnable, ici.
Je dédie cette thèse à mes amis Toulousains et Vauréins qui ont partagés les moments
agréables comme les moments pénibles de ces trois ans : Stéphanie, Didier, Hélène, 2 Christophes ,
Anne-Sophie, Franck, Vincent, Iris, Xavier, Céline, et Gérôme.
C’est avec une grande fierté que je dédie cette thèse à ma famille proche qui m’a
apportée du soutien, de la tendresse et de l’attention tout au long de mon cursus universitaire.
Ma mère qui a su m’apprendre à surpasser mes efforts professionnels, elle a toujours répondu
présente dans mes moments de doute, elle a toujours été de très bon conseil. Mon père pour
avoir été fière de moi avant même que je ne prouve quoi que ce soit. Il m’a appris que l’on
pouvait accomplir ces ambitions professionnelles, bien que lui même l’ai payé trop
chèrement. Bien sûre, ma grand mère qui m’a toujours apporté tant d’attention, je suis sûre
que cette thèse aurait été disposée dans un endroit bien visible aux yeux de tous. Enfin, à
Jean-Louis et Stéphane, mes frères, nos discussions de psychologie de comptoir, au téléphone,
m’auront bien soutenu et diverti durant cette thèse. Sans oublier mes neveux et bien sûre
Wafa qui a toujours été là….
Je dédie également cette thèse à Bernadette, Robert, et leur petite famille qui m’ont
accueillie comme leur propre fille et qui m’ont soutenue durant ces trois ans.
Bien sûre c’est à toi, David, que je dédie cette thèse. Il n’y a rien que je ne puisse
écrire que tu ne saches déjà. Mon ami, mon amant, mon père, mon confident …
Table des matières
Position du problème 4
Chapitre I ) Optimisation de la post décharge N -O , à basse pression 12 2 2
I-1 ) Présentation des espèces actives produites dans une post décharge N -2
O 13 2
I-1-1) La décharge micro onde dans l’oxygène pur 13
I-1-2) La décharge micro onde dans l’azote pur 16
I-1-3) La décharge micro onde dans N -O 21 2 2
I-2 ) Matériel et Méthodes 25
I-2-1) Dispositif expérimental 25
I-2-2) Méthodes de titrage des espèces actives 30
I-2-2 a) Titrage de l’azote atomique et de l’oxygène atomique 31
I-2-2-b) Détermination de l’intensité des UV 36
I-3 ) Optimisation de la post décharge en flux – Résultats expérimentaux 37
I-3-1) Choix des paramètres de travail 37
I-3-2) Titrage de la densité des espèces actives dans la post
décharge N -O 39 2 2
I-3-2 a) Calibrage du dosage de l’azote par titrage au
monoxyde d’azote 39
I-3-2 b) Mesure de la densité des atomes d’azotes et de
l’intensité des UV dans le mélange N -O – 2 2
détermination de la puissance et de la pression
optimale 41
I-3-2 c) Mesure de la densité des atomes d’oxygène 45
I-3-2 d) Influence du débit 47
I-3-2 e) Mesure de la densité des atomes d’azote d’oxygène et
des UV dans le mélange N -O – détermination de la 2 2
composition optimale du mélange 49
I-3-3) Production séparées des atomes d’azote et d’oxygène- choix
de nouveaux mélanges gazeux 51
I-3-4) Titrage de la densité des espèces actives dans la post
décharge N -O valeurs correctives 54 2 2-
I-3-5) Evaluation de la production du NO moléculaire 59
I-4 ) Optimisation de la post décharge en flux – Discussion 62
I-4-1) Effet de la puissance du surfatron 62
I-4-2) Effet de la pression du mélange gazeux 63
I-4-3) Effet du débit gazeux 63
1I-4-4) Influence de la composition du mélange gazeux en oxygène 64
I-4-5) coefficients de dissociation 66
Conclusion 68
Résumé 69
Chapitre II : Etude de l’interaction phase gazeuse /phase solide 70
II-1 ) La recombinaison atomique 73
II-1-1) La recombinaison atomique de surface 73
II-1-2) La recombinaison de surface - processus de surface 74
II-1-3) Coefficients associés à l’étude de la recombinaison de
surface 76
II-2 ) Matériel et méthodes 77
II-3 ) Interaction phase gazeuse / phase solide -Résultats expérimentaux 78
II-3-1) Evaluation de l’échauffement des supports de porte germes 78
II-3-2) Température de surface : Rôle de la puissance du générateur
micro-onde, et de la pression interne de l'enceinte de
traitement 80
II-3-3) Température de surface : Densité des espèces actives dans
l’enceinte après introduction d’un porte germe 85
II-3-4) Température de surface : Influence de la surface exposée 89
II-3-5) Température : Parois de l’enceinte 92
II-3-6) Température de surface : Rôle des espèces actives 93
Conclusion 100
Résumé 101
Chapitre III Efficacité bactéricide du réacteur de post décharge N -O 102 2 2
III-1 ) Validation du protocole d’estimation de la charge microbienne 104
III-1-1) Définitions relatives aux normes 104
III-1-2) Mise en place du protocole d’estimation de la charg