Développement et caractérisation d'un procédé de texturation de surface par micro-décharges en régime pulsé // Development and characterization of a surface texturing process using pulsed micro-discharges

Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans le cadre du programme MINITL ANR-25-CE51-3871 qui a débuté en janvier 2026. Ce programme a pour objectif de développer et d'optimiser un procédé de texturation de surface à l'échelle micrométrique reposant sur des traitements thermochimiques réalisés au moyen de microplasmas froids disposés en réseaux. Ainsi, il s'agira de démontrer la faisabilité d'une nitruration localisée sur des surfaces métalliques de type acier AISI 316L via l'utilisation de ces sources. La maîtrise et la compréhension des plasmas produits, associés à la durée de vie des dispositifs, sont des verrous technologiques et scientifiques à résoudre. In-fine, cette étude vise à la réalisation d'une structuration positive et contrôlée, à l'échelle micrométrique, des surfaces métalliques par traitement thermochimique sans l'utilisation de masques.
Dans son ensemble, le programme MINITL réunit 4 laboratoires partenaires, dont le LPGP et l'IIJL, qui disposent de compétences complémentaires permettant d'associer à la fois des aspects expérimentaux autour de la fabrication des micro-décharges, de leur caractérisation via des techniques des diagnostic plasma avancées, des traitements de surface par plasma et de la caractérisation des surfaces, et des aspects théoriques autour de la modélisation de ce type de décharge.
Le sujet de thèse proposé ici s'inscrit dans plusieurs tâches du programme MINITL et traitera de l'étude dans des mélanges N2-H2 de micro-décharges de type MHCD (Micro-Hollow Cathode Discharges) fabriquées au LPGP, pour en déterminer leurs propriétés et les optimiser notamment en termes de durée de vie (diagnostics plasmas : OES, imagerie, mesures électriques, …), et de l'application de ces sources à des traitements de nitruration et la caractérisation des surfaces traitées.
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The proposed PhD project is part of the MINITL program (ANR-25-CE51-3871), which started in January 2026. This project aims to develop and optimize a micrometer-scale surface texturing process based on thermochemical treatments performed using arrays of cold microplasmas. In this context, the objective is to demonstrate the feasibility of localized nitriding of metallic surfaces, such as AISI 316L steel, using these plasma sources. The control and understanding of the generated plasmas, together with device lifetime, constitute key scientific and technological challenges to be addressed. Ultimately, this study aims at achieving controlled and positive micrometer-scale structuring of metallic surfaces through thermochemical treatment without the use of masks.
Overall, the MINITL program brings together four partner laboratories, including LPGP and IJL, which offer complementary expertise. This allows the project to combine experimental aspects, such as the fabrication of micro-discharges, their characterization using advanced plasma diagnostics, plasma-based surface treatments, and surface characterization, with theoretical work focused on the modeling of such discharges.
The PhD topic proposed here contributes to several tasks within the MINITL program and focuses on the study of MHCD-type (Micro-Hollow Cathode Discharge) micro-discharges, fabricated at LPGP, in N₂–H₂ mixtures. The objective is to determine their properties and optimize them, particularly in terms of lifetime (plasma diagnostics: OES, imaging, electrical measurements, etc.), as well as to apply these sources to nitriding treatments and to characterize the treated surfaces.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrats ED : Programme blanc GS-Physique

Université Paris-Saclay GS Physique

572 Ondes et Matière

Niveau Master 2 dans le domaine de la physique des plasmas. Des compétences en génie des procédés, génie électrique, sciences des matériaux et /ou dans le domaine du diagnostic des plasmas froids seront également appréciées. Fort intérêt pour la physique expérimentale. La curiosité, la rigueur, l'autonomie et le goût pour le travail méthodique en équipe sont des qualités qui seront indispensables pour ce travail de thèse et l'avancée du programme dans son ensemble. Une bonne maîtrise de l'anglais parlé et écrit est souhaitable.
Master's degree (MSc or equivalent) in plasma physics. Skills in process engineering, electrical engineering, materials science, and/or cold plasma diagnostics will be considered an asset. A strong interest in experimental physics is required. Curiosity, rigor, autonomy, and a structured approach to teamwork are essential qualities for successfully carrying out this PhD project and contributing to the overall progress of the program. Good proficiency in spoken and written English is desirable.