La présente invention concerne un dispositif de génération de plusieurs plasmas à la résonance cyclotron électronique avec une structure magnétique commune.

Pour créer un plasma à la résonance cyclotron électronique (RCE), il est nécessaire de générer des champs magnétiques qui servent au confinement du plasma et qui permettent de satisfaire la condition de résonance des électrons du plasma. Ces champs magnétiques peuvent être créés par un courant électrique circulant dans des bobines ou par des aimants permanents.

Les aimants permanents ont pour avantage d'avoir une consommation électrique nulle, mais ont pour inconvénient de ne pouvoir générer des champs magnétiques de courte portée. Par exemple, si l'homme du métier décide de créer un plasma long et/ou haut (par exemple plusieurs mètres) confiné par des aimants permanents, le plasma RCE ne pourra avoir que quelques centimètres d'épaisseur. Si l'homme du métier veut également disposer d'un plasma large (par exemple plusieurs dizaines de centimètres), il devra utiliser des solénoïdes fort consommateurs d'énergie.

De tels dispositifs de génération de plasma à la résonance cyclotron électronique sont utilisés par exemple pour la production d'hydrogène.

En effet, l'hydrogène (H ₂ ) apparaît aujourd'hui comme un vecteur énergétique très intéressant, qui est appelé à prendre de plus en plus d'importance et qui pourrait, à terme, se substituer avantageusement au pétrole et aux énergies fossiles, dont les réserves vont fortement décroître dans les décennies à venir. Dans cette perspective, il est nécessaire de développer des procédés efficaces de production d'hydrogène. Une méthode de production d'hydrogène en injectant de la vapeur d'eau dans un plasma est décrite notamment dans le document US2004/0265137. Ce brevet décrit un procédé d'obtention d'hydrogène à partir de la vapeur dissociée dans un plasma. Le document mentionne notamment l'utilisation de la résonance cyclotron des électrons (RCE) pour produire ledit plasma. Par rapport à d'autres méthodes connues de production d'hydrogène, l'utilisation d'une machine à plasma RCE présente de nombreux avantages :

- fonctionnement continu et stable ;

- pas de mise en œuvre de températures élevées ;

- pas d'usure (temps d'utilisation très long dû à l'absence de filament ou d'électrodes) ; - pas de production de carbone ou de composés carbonés ;

- pas d'utilisation de complexes chimiques ;

- faible coût, si la structure magnétique est réalisée en aimants permanents.

Toutefois, malgré les avantages mentionnés ci-dessus, une telle machine à plasma qui casse, par impact électronique, les liaisons de la molécule d'eau, présente deux inconvénients majeurs : d'une part la trop faible étendue du plasma ne permettant pas de produire une grande quantité d'hydrogène, et d'autre part la difficulté de séparation des produits formés par la dissociation de la molécule d'eau. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de fournir un dispositif de génération de plasmas à la résonance cyclotron électronique permettant une dissociation efficace des molécules injectées, une séparation simple des produits formés ne requérant pas nécessairement de mise en œuvre de champs magnétiques importants et permettant par exemple une production importante d'hydrogène en volume par dissociation d'eau, tout en minimisant la consommation d'énergie électrique.

A cette fin, l'invention propose un dispositif de génération de plasmas à la résonance cyclotron électronique caractérisé en ce qu'il comporte :

- au moins deux chambres étanches adjacentes sous vide destinées à contenir des plasmas,

- des moyens d'injection d'une onde haute-fréquence à l'intérieur desdites au moins deux chambres étanches, - une structure magnétique pour engendrer un champ magnétique dans lesdites au moins deux chambres adjacentes comportant une pluralité d'aimants permanents parallélépipédiques et générant au moins deux plasmas suivant les lignes de champ magnétique, ledit module dudit champ magnétique présentant une configuration de miroir magnétique avec au moins une zone de résonance cyclotron électronique par plasma, ladite structure magnétique comportant au moins un aimant permanent contribuant à la formation d'un plasma dans chacune desdites au moins deux chambres, de sorte que lesdites au moins deux chambres partagent le même au moins un aimant permanent au niveau de leur paroi commune, ladite configuration de miroir magnétique est telle que le module dudit champ magnétique présente un minimum non ponctuel, sensiblement constant et sensiblement égal au champ magnétique correspondant à la résonance cyclotron électronique, étendu au moins partiellement le long d'un premier axe longitudinal desdites au moins deux chambres et au moins partiellement le long d'un second axe perpendiculaire au dit premier axe longitudinal et parallèle à la surface desdits aimants permanents, de sorte que lesdites au moins deux chambres présentent un volume de plasma à la résonance cyclotron électronique.

On entend par chambre étanche sous vide une chambre dans laquelle règne une pression de travail inférieure ou égale à 5.10 ^"3 mbar, ladite pression de travail correspondant sensiblement à la pression partielle des molécules injectées dans la chambre. On entend par axe longitudinal de la chambre, l'axe selon lequel le plasma a sa plus grande dimension.

On entend par champ magnétique sensiblement égal au champ magnétique correspondant à la résonance cyclotron électronique, un champ magnétique égal à ±10% près au champ magnétique correspondant à la résonance cyclotron électronique. On entend par champ magnétique sensiblement constant, une valeur de champ magnétique ne s'écartant pas de plus de 10% de la valeur du champ magnétique de résonance.

Selon l'invention, la structure magnétique est une structure d'aimants permanents, de consommation électrique nulle, générant dans chaque chambre un volume de plasma (RCE) tout en minimisant la quantité d'aimants permanents utilisée.

La structure magnétique engendre un champ magnétique dont la valeur du module du champ magnétique minimum est étendue au moins partiellement sur une grande partie du volume interne des chambres.

Le dispositif selon l'invention comporte une pluralité de chambres étanches sous vide destinées à contenir, chacune, un volume de plasma, de sorte que deux chambres successives communiquent à l'une de leur extrémités et que deux chambres adjacentes partagent au moins le même élément magnétique commun au niveau de leur paroi commune.

Préférentiellement, les deux chambres adjacentes partagent plusieurs éléments magnétiques au niveau de leur paroi commune.

De cette façon, il est possible de superposer une pluralité de chambres à plasma dont la structure magnétique commune permet de générer une pluralité de volumes de plasmas.

Lorsque le dispositif selon l'invention est utilisé pour la production d'hydrogène, cette production d'hydrogène à partir de la vapeur d'eau est alors très efficace, produisant une grande quantité d'hydrogène, peu consommatrice d'énergie tout en ayant un dispositif de production d'hydrogène compact.

La production d'hydrogène est basée sur la dissociation de l'eau par l'utilisation de plasma à la résonance cyclotron des électrons. Cependant, le dispositif selon l'invention permet de renforcer son efficacité par la mise en parallèle de plusieurs chambres et par l'utilisation de moyens magnétiques communs générant deux plasmas adjacents, les plasmas pouvant être générés soit dans une même chambre soit dans des chambres séparées. Grâce au principe du plasma à résonance cyclotron électronique, au passage du voisinage de la zone de résonance, les électrons acquièrent de l'énergie. Ils vont alors pouvoir dissocier les molécules injectées, par exemple des molécules d'eau, puis ioniser les produits de dissociation. Grâce à l'électroneutralité du plasma, ces ions vont suivre les électrons suivant les lignes de champ magnétique.

Selon l'invention, la configuration miroir du champ magnétique forme un profil du champ magnétique comportant un minimum non ponctuel, dit minimum à « champ plat », selon l'axe longitudinal de la chambre, dont la valeur du module du champ magnétique est égale à la valeur du champ magnétique de résonance à ±10% près. Cette valeur du module du champ magnétique minimum, égale à ou très proche de la résonance cyclotron électronique est étendue au moins partiellement le long de l'axe longitudinal de la chambre étanche du dispositif, typiquement sur une longueur, supérieure à dix centimètres et pouvant aller jusqu'à plusieurs mètres, comprise entre les deux maxima du champ magnétique.

Selon l'invention, la forme, la disposition et les dimensions de la structure magnétique permettent d'étendre cette valeur du module du champ magnétique minimum, égale à ou très proche de la résonance cyclotron électronique, au moins partiellement le long du deuxième axe perpendiculaire à l'axe longitudinal, et parallèle à la surface des aimants permanents, typiquement sur une longueur, supérieure à cinq centimètres afin de disposer dans chaque chambre étanche d'un volume étendu de plasma chaud. La structure magnétique doit satisfaire la condition de résonance cyclotron électronique en volume. Si l'on considère une fréquence microondes de 2.45 GHz, la condition de résonance impose un champ magnétique de B _rθS = 0,0875T. L'homme du métier utilisera un code de calcul de structure magnétique de manière à remplir cette condition de résonance de manière uniforme pour chaque plasma de chaque chambre étanche. La structure magnétique sera déterminée en fonction du champ magnétique d'hystérésis et du champ magnétique coercitif de chaque matériau magnétique, comme par exemple un alliage de samarium cobalt ou un alliage de néodyme-fer-bore.

De cette façon, les électrons pourront acquérir une grande quantité d'énergie afin de dissocier efficacement les molécules d'eau et d'ioniser les produits de dissociation. De plus, lors de la production d'hydrogène, l'oxygène issu de la dissociation des molécules injectées pourra être, par exemple, piégé par des condenseurs cryogéniques sélectifs, tout le long de la chambre étanche sur une grande longueur ainsi que sur une grande largeur. On notera que, bien qu'utilisant un champ électromagnétique, le dispositif selon l'invention n'utilise pas de procédé d'agitation thermique des molécules d'eau, mais en revanche casse les liaisons atomiques par collisions avec les électrons du plasma.

Le dispositif selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- ladite pluralité d'aimants permanents forment une structure magnétique ouverte ;

- lesdits aimants permanents possèdent le même sens d'aimantation et/ou sont de tailles différentes ;

- ladite pluralité d'aimants permanents comporte au moins deux aimants délimitant les extrémités de chaque chambre et générant un champ magnétique miroir, lesdits au moins deux aimants étant situés de part et d'autre d'au moins un aimant générant une zone de résonance ;

- lesdites au moins deux chambres étanches communiquent à l'une de leurs extrémités ;

- lesdits moyens d'injection d'une onde haute-fréquence sont des moyens d'injection multi guides d'ondes couplés à un unique générateur haute-fréquence ;

- lesdits moyens d'injection d'une onde haute-fréquence sont des moyens d'injection à un guide d'ondes comportant un cornet pour la répartition des microondes dans ladite pluralité de chambres, lesdits moyens d'injection étant couplés à un unique générateur haute- fréquence ;

- le dispositif comporte des moyens d'injection d'ondes haute- fréquences multifréquences.

L'invention a également pour objet un dispositif de production d'hydrogène avec un plasma à résonnance cyclotron électronique comportant :

- un dispositif de génération de plasmas selon l'invention ; - des moyens d'injection de vapeur d'eau dans lesdites au moins deux chambres, les électrons desdits plasmas dissociant au moins partiellement les molécules d'eau introduites en phase vapeur et ionisant au moins partiellement les produits de la dissociation, lesdits moyens d'injection de vapeur d'eau injectant ladite vapeur de manière à ce qu'elle soit dirigée selon ledit axe longitudinal desdites au moins deux chambres ;

- des moyens pour séparer l'hydrogène et l'oxygène ;

- des moyens de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation. Préférentiellement, le dispositif de production d'hydrogène comporte des moyens de récupération de l'eau non dissociée, lesdits moyens de récupération de l'eau non dissociée étant formés par un condenseur et/ou sensiblement agencés suivant l'axe d'injection de la vapeur d'eau.

Préférentiellement, le dispositif de production d'hydrogène comporte au moins un système de réinjection de l'eau non dissociée en phase vapeur et issue desdits moyens de récupération de l'eau non dissociée.

Le dispositif de production d'hydrogène est tel que lesdits moyens de récupération de l'hydrogène issu de la dissociation comportent une pompe servant à pomper l'hydrogène en phase gazeuse et/ou au moins un condenseur cryogénique pour geler l'hydrogène. Le dispositif de production d'hydrogène est tel que lesdits moyens d'injection de vapeur d'eau injectent ladite vapeur sous forme d'un jet supersonique, lesdits moyens d'injection comportant une tuyère plane et un écorceur, ledit écorceur étant destiné à mettre en forme ledit jet de vapeur de manière à ce qu'il soit dirigé selon l'axe longitudinal desdites au moins deux chambres.

Le dispositif de production d'hydrogène est tel que lesdits moyens pour séparer l'hydrogène et l'oxygène sont formés par au moins un condenseur cryogénique sélectif pour geler l'oxygène issu de la dissociation sans geler l'hydrogène issu de la dissociation, ledit au moins un condenseur cryogénique sélectif gelant l'oxygène le long dudit volume de plasma généré dans lesdites au moins deux chambres. Le dispositif de production d'hydrogène est tel que ledit au moins un condenseur cryogénique sélectif pour geler l'oxygène forme la paroi interne de ladite chambre et/ou est situé au niveau dudit minimum de champ magnétique non ponctuel.

Préférentiellement, le dispositif de production d'hydrogène comporte un deuxième condenseur cryogénique pour geler l'oxygène issu de la dissociation placé à l'extrémité desdites au moins deux chambres entre ladite configuration de miroir magnétique et lesdits moyens de récupération de l'hydrogène.

Le dispositif de production d'hydrogène est tel que lesdits moyens pour séparer l'hydrogène et l'oxygène sont formés par une membrane perméable à l'hydrogène, ladite membrane perméable séparant l'hydrogène issu de la dissociation le long dudit volume de plasma généré dans lesdites au moins deux chambres.

L'invention a également pour objet un dispositif de production de couches minces comportant :

- un dispositif de génération de plasmas selon l'invention ;

- des moyens d'injection d'un constituant du plasma dans lesdites au moins deux chambres, les électrons desdits plasmas dissociant au moins partiellement les molécules dudit constituant introduites et ionisant au moins partiellement les produits de la dissociation, lesdits moyens d'injection injectant ledit constituant de manière à ce qu'il soit dirigé selon ledit axe longitudinal desdites au moins deux chambres ; lesdits plasmas produisant successivement des couches minces de produit de la dissociation dudit constituant de manière à réaliser un empilement de couches minces sur un substrat.

Préférentiellement, le dispositif de production de couches minces comporte un système de déplacement dudit substrat positionnant ledit substrat successivement devant chaque plasma.

Le dispositif de production de couches minces est tel que ledit constituant injecté dans chacune desdites au moins deux chambres est de nature différente de manière à réaliser un empilement de couches minces de natures différentes sur ledit substrat.

L'invention a également pour objet un dispositif d'implantation comportant :

- un dispositif de génération de plasma selon l'invention ;

- des moyens d'injection d'un constituant du plasma dans lesdites au moins deux chambres, les électrons desdits plasmas dissociant les molécules dudit constituant introduites et ionisant les produits de la dissociation, lesdits moyens d'injection injectant ledit constituant de manière à ce qu'il soit dirigé selon ledit axe longitudinal desdites au moins deux chambres ; - une haute tension de polarisation unique pour extraire les ions produits par chaque plasma et les implanter dans le matériau ; lesdits plasmas ayant chacun une distribution en état de charge différente permettant d'implanter successivement des ions de même nature et/ou de charges différentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :

- la figure 1 est une représentation des diagrammes de phases de l'hydrogène et de l'oxygène avec les valeurs correspondantes au point triple de chaque élément ;

- la figure 2 représente, en vue de dessus, un dispositif de génération de plasmas à la résonance cyclotron électronique selon l'invention ; - la figure 3 représente en vue de dessus un exemple de répartition du champ magnétique dans une chambre du dispositif selon l'invention ;

- la figure 4 illustre une répartition des profils axiaux du module du champ magnétique dans une chambre du dispositif selon l'invention ; - la figure 5 illustre une répartition particulière de barreaux d'aimants d'un dispositif selon l'invention ;

- la figure 6 représente, en vue de dessus, un premier mode de réalisation d'un dispositif de production d'hydrogène comportant le dispositif de génération de plasmas selon l'invention ; - la figure 7 représente, en vue de dessus, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de production d'hydrogène ;

- la figure 8 représente un troisième mode de réalisation d'un dispositif de production d'hydrogène ;

- la figure 9 représente, en vue de dessus, un quatrième mode de réalisation d'un dispositif de production d'hydrogène ;

- la figure 10 représente, en vue de dessus, un dispositif de traitement de surface comportant le dispositif de génération de plasmas selon l'invention.

Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence.

La figure 2 est une représentation simplifiée d'un dispositif 600 de génération de plasmas à la résonance cyclotron électronique. Le dispositif 600 comporte :

- une première chambre étanche 601 de forme parallélépipédique, sous vide, appelée indifféremment enceinte par la suite ;

- une deuxième chambre étanche 602 de forme parallélépipédique, sous vide ;

- douze barreaux d'aimants permanents 610, 61 1 , 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619, 620, 621 , dont huit barreaux d'aimants 610, 61 1 , 612, 613, 618, 619, 620, 621 sont placés à l'extérieur de l'espace formé par les chambres 601 et 602 et dont quatre barreaux d'aimants 614, 615, 616, 617 sont placés entre la première chambre 601 et la deuxième chambre 602, les barreaux ayant typiquement une hauteur comprise entre quelques centimètres et un mètre, voir plus si besoin est ; les aimants 610, 613, 614, 617, 618, 621 sont de préférence identiques et forment les champs magnétiques miroirs et les aimants 61 1 , 612, 615, 616, 619, 629 sont identiques et forment les zones de résonance.

- des moyens de propagation d'ondes haute-fréquence 15, de type microondes basses fréquences inférieures ou sensiblement égale à

2,45GHz, formés par un guide d'ondes ou un câble coaxial équipé d'une fenêtre haute fréquence étanche à l'intérieur des chambres 601 et 602.

Les chambres 601 et 602 du dispositif 600 sont mises sous vide, le vide étant effectué par des moyens de pompage ad hoc. Afin d'avoir le moins d'impuretés dans les chambres 601 et 602, un vide résiduel de 10 ^"4 mbar minimum est nécessaire. Pendant le fonctionnement du dispositif 600, la pression de travail dans les chambres 601 et 602 est typiquement inférieure ou égale à 5.10 ^"3 mbar, cette pression étant liée à la pression partielle des molécules injectées dans les chambres 601 et 602.

Les huit barreaux d'aimants permanents 610, 61 1 , 612, 613, 614, 615, 616, 617 de la structure magnétique ont le même sens d'aimantation et entourent la première chambre 601.

La forme et l'orientation des aimants permanents 610, 61 1 , 612, 613,

614, 615, 616, 617 sont telles que les aimants produisent à l'intérieur de la chambre 601 un champ magnétique axial dont la configuration du module correspond à une configuration de type miroir magnétique, dont le profil 630a présente au moins deux maxima (B _max ) à des abscisses situées respectivement dans les zones d'injection et d'extraction et un minimum

(B _min ) non ponctuel étendu au moins partiellement, et préférentiellement sur une grande partie, le long de la chambre 601 , selon l'axe longitudinal AA', et situé entre les deux maxima (B _max ).

La structure magnétique est également formée par les quatre barreaux d'aimants permanent 618, 619, 620, 621 ayant le même sens d'aimantation qui combinés aux barreaux d'aimants 614, 615, 616, 617 entourent la deuxième chambre 602 de façon à produire à l'intérieur de la chambre 602 un deuxième champ magnétique axial, dont la configuration du module correspond à une configuration de type miroir magnétique dont le profil 630b présente au moins deux maxima (B _max ) à des abscisses situées respectivement dans les zones d'injection et d'extraction et un minimum (Bmin) non ponctuel étendu au moins partiellement le long de la chambre 1 , selon l'axe longitudinal AA', et situé entre les deux maxima (B _max ).

Les barreaux d'aimants 614, 615, 616, 617 de la structure magnétique sont communs aux deux chambres 601 et 602 et sont dimensionnés pour produire un champ magnétique équivalent à la fois, à l'intérieur de la chambre 601 et à l'intérieur de la chambre 602. Les champs magnétiques présentent alors un même profil 630a et 630b à l'intérieur des chambres 601 et 602. Les barreaux d'aimants 614, 615, 616, 617 sont placés sous vide dans des carters, en matériau métallique amagnétique, soudés et étanches au vide permettant ainsi de s'affranchir des problèmes liés au dégazage des aimants.

Les maxima (B _max ) des profils 630 ont une valeur supérieure à la valeur du champ magnétique de résonance (B _rθS ) pour laquelle on obtient la résonance cyclotron électronique. Le minimum (B _min ) est un minimum dit à champ plat, dont la valeur est égale, ou légèrement inférieure, à la valeur pour laquelle on obtient la résonance cyclotron électronique, et étendue sur une grande longueur du dispositif 600. La structure magnétique telle que représentée sur la figure 2 permet également d'étendre la configuration miroir du profil du module du champ magnétique selon l'axe transversal BB' à l'intérieur des chambres 601 et 602.

La structure magnétique décrite précédemment permet ainsi d'obtenir, à l'intérieur des chambres 601 et 602, un volume étendu de plasma chaud. La configuration de miroir du champ magnétique est une configuration dite à minimum-B : les électrons du plasma sont confinés dans un puits magnétique. Plus la longueur du minimum-B, inférieur ou égal à la valeur du champ magnétique de résonance, est grande et étendue, plus le volume de plasma comportera des électrons rapides conduisant à une meilleure dissociation des molécules injectées.

Grâce au principe de résonance cyclotron électronique, au passage de la zone de résonance, les électrons vont acquérir de l'énergie. Ils vont alors pouvoir dissocier les molécules injectées, puis partiellement ioniser les produits de dissociation. Les électrons suivent les lignes de champ magnétique grâce à la loi de Laplace ; et, grâce à l'électroneutralité du plasma, ces ions vont suivre les électrons sur les lignes de champ magnétique.

Les microondes injectées dans le plasma tendent à se propager à travers le plasma jusqu'à la zone de résonance. En effet, le transfert d'énergie de la puissance microonde injectée aux électrons du plasma se produit en un lieu de champ magnétique (B _rθS ) tel que la condition de résonance cyclotron électronique soit établie, c'est-à-dire lorsqu'il y a égalité entre la pulsation de l'onde haute fréquence ω _HF et la pulsation cyclotronique de l'électron : où q _θ est la charge de l'électron (Cb) ; B _rθS est le champ magnétique correspondant à la résonance (T) ; m _θ est la masse de l'électron.

Un générateur de microondes, non représenté, est placé à l'extérieur des chambres 601 et 602 du dispositif 600 ; ce générateur injecte des ondes hautes fréquences dans les chambres 601 et 602 via les moyens de propagation 15. La gamme de fréquence des microondes peut aller du GHz à la centaine de GHz, le générateur le plus courant étant le magnétron à 2,45 GHz communément utilisé pour les fours microondes domestiques. Pour une fréquence de 2,45 GHz, on a un champ magnétique de résonance B _rθS =0,0875 T. Toutefois, pour des dispositifs miniatures (pour des systèmes embarqués par exemple), on peut également utiliser des transistors de puissance. En effet, il existe maintenant des transistors à effet de champ capables de délivrer environ 60 W à 14,5 GHz. Avantageusement, la fenêtre d'entrée des ondes haute fréquence est placée dans une zone de fort champ magnétique, au niveau par exemple du premier maxima (B _max ) des profils 630 du module du champ magnétique, de sorte que le volume de plasma diffuse dans la direction des chambres 601 et 602 et non vers la fenêtre d'entrée, de manière à éviter tout bombardement de cette fenêtre par le plasma, garantissant ainsi une durée de vie importante. Il est également possible d'utiliser des plasmas dits « surdenses » (overdense en anglais) où la fréquence plasma est plus grande que la fréquence microondes. L'utilisation de plasmas « sur-denses » permet d'augmenter avantageusement la densité électronique donc d'augmenter l'efficacité du système.

Grâce à la structure magnétique et à la configuration magnétique à minimum-B plat selon l'axe longitudinal AA', les chambres 601 et 602 présentent un volume de plasma s'étendant sur une grande partie à l'intérieur de chaque chambre, avec une densité importante en sortie du jet de molécules à dissocier et avec un gradient de pression le long de chaque chambre.

La figure 3 illustre, en vue de dessus, un exemple de répartition d'iso- valeurs du module du champ magnétique présent dans les chambres à plasma 601 et 602 du dispositif 600 selon l'invention.

La figure 3 permet de visualiser plus clairement la répartition de la valeur du champ magnétique à l'intérieur des chambres à plasma et notamment à l'intérieure de la chambre 602 selon le plan de coupe yz.

La chambre 602 est entourée, de façon similaire à la description précédente, par une structure magnétique comportant des barreaux d'aimants permanents 614, 615, 616, 617, 618, 619, 620, 621 ayant tous le même sens d'aimantation.

La disposition et la dimension particulière des barreaux d'aimants 614,

615, 616, 617, 618, 619, 620, 621 de la structure magnétique permettent de produire à l'intérieur de la chambre 602 un champ magnétique dont le module à une configuration miroir selon l'axe AA' et dont la valeur du module est étendue sur une grande partie de la largeur de la chambre 602, le long de l'axe y.

Ainsi le champ magnétique au sein de la chambre 602 présente une valeur minimum (B _min ) égale ou très légèrement inférieure à la valeur du champ magnétique de résonance (B _rθS ) très étendue dans la partie centrale de la chambre 602.

La figure 3 illustre particulièrement l'étendue de la valeur minimum (B _min ) proche de la valeur du champ magnétique de résonance par la courbe d'iso-valeur 51 , l'iso-valeur 51 indiquant également l'étendue de la nappe de plasma présente dans la chambre 602. Bien évidemment, la nappe de plasma comporte une troisième dimension correspondant à la hauteur de la chambre 602 selon l'axe x.

La figure 3 illustre également des courbes d'iso-valeurs 52 et 53 correspondant sensiblement à des valeurs du module du champ magnétique proches des maxima (B _max ) et dont les valeurs sont respectivement 0,2T et 0.3T.

Ainsi, pour tout axe parallèle à l'axe AA' et quelle que soit la position suivant l'axe y, le module du champ magnétique à l'intérieur de la chambre 602 présente un profil à configuration miroir comportant un minimum-B plat non ponctuel étendu le long de la chambre 602 et situé entre deux maxima (B _max ). La figure 4 illustre particulièrement la répartition du profil du module du champ magnétique axial dans une chambre à plasma à différentes hauteur du dispositif 600.

La figure 5 illustre un exemple de représentation des barreaux d'aimants permanents décrits précédemment aux figures 2 et 3.

Selon le mode particulier du dispositif selon l'invention décrit précédemment, les barreaux d'aimants 610, 61 1 , 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619, 620, 621 entourant les chambres 602, 601 sont formés par deux types de cadres aimants 60 et 70 de forme rectangulaire. Ainsi les barreaux d'aimants 610, 613, 614, 617, 618, 621 illustrés à la figure 1 sont formés par le cadre aimant rectangulaire 60 et les barreaux d'aimants 61 1 , 612, 615, 616, 619, 620 illustrés à la figure 1 sont formés par le cadre aimant rectangulaire 70.

Ainsi, pour une fréquence de 2,45 GHz, le cadre aimant 60 à typiquement, selon le plan xy, une section rectangulaire de 15,8cm de large selon l'axe y et de 26cm de long selon l'axe x et est évidé en son centre par une section rectangulaire de 6cm de large et de 16cm de long (il s'agit d'un exemple de réalisation mais il peut bien entendu y avoir d'autres combinaisons à une fréquence donnée).

Pour la fréquence de 2,45 GHz, le cadre aimant 70 à typiquement, selon le plan xy, une section rectangulaire de 15,8cm de large suivant l'axe y, et de 26cm de long suivant x et est évidé en son centre par une section rectangulaire de 9cm de large et de 19cm de long (il s'agit d'un exemple de réalisation mais il peut bien entendu y avoir d'autres combinaisons à une fréquence donnée). La hauteur suivant l'axe z est, quant à elle, définie par l'homme du métier en fonction de la place disponible et de ses besoins. Elle peut aller, en effet de quelques centimètres à plusieurs mètres.

Ainsi la figure 5 illustre particulièrement des dimensions d'aimants permanents permettant d'obtenir sensiblement un volume de plasma de quelques cm ³ à la fréquence de 2,45 GHz.

Toutefois, les dimensions de ces aimants 60, 70 ne sont pas limitatives, il est également possible d'utiliser des barreaux d'aimants avec des dimensions allant de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres si l'on souhaite obtenir une production de produits de dissociation plus importante, comme par exemple une production plus importante d'hydrogène.

La figure 6 est une représentation simplifiée d'un dispositif 100 de production d'hydrogène comportant un dispositif 600 de génération de plasmas à la résonance cyclotron électronique, selon l'invention, décrit et illustré aux figures 2, 3, 4, 5. Le dispositif 100 de production d'hydrogène comporte, sauf mention contraire, toutes les caractéristiques d'un dispositif 600 de génération de plasmas décrites précédemment.

A cet effet, le dispositif 100 comporte : - une première chambre étanche 1 , de forme parallélépipédique, sous vide (appelée indifféremment enceinte par la suite) ;

- une deuxième chambre étanche 2, de forme parallélépipédique, sous vide ;

- douze barreaux d'aimants permanents 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12, 13, 14, dont huit barreaux d'aimants 3, 4, 5, 6, 1 1 , 12, 13, 14 sont placés à l'extérieur de l'espace formé par les chambres 1 et 2 et dont quatre barreaux d'aimants 7, 8, 9, 10 sont placés entre la première chambre 1 et la deuxième chambre 2, les barreaux ayant typiquement une hauteur comprise entre quelques centimètres et un mètre, voir plus si besoin est ; les aimants 3, 6, 7, 10, 1 1 , 14 sont de préférence identiques et forment les champs magnétiques miroirs et les aimants 4, 5, 8, 9, 12, 13 sont identiques et forment les zones de résonance ;

- des moyens de propagation d'ondes haute-fréquence 15, de type microondes basses fréquences inférieures ou sensiblement égale à 2,45GHz, formés par un guide d'ondes ou un câble coaxial équipé d'une fenêtre haute fréquence étanche à l'intérieur des chambres 1 et 2 ;

- des moyens d'injection de vapeur d'eau 18 dans chaque chambre 1 , 2 composés d'une enceinte où règne de la vapeur d'eau, chaque enceinte étant reliée à une chambre étanche 1 , 2 par une tuyère de manière à créer un jet supersonique de vapeur d'eau. Les jets de vapeur d'eau sont mis en forme avec des écorceurs constitués de tuyaux dans lesquels circule un liquide dont la température avoisine 5°C. La vapeur d'eau qui vient en contact avec les écorceurs est immédiatement condensée et coule le long des écorceurs. Les jets de vapeur sont ainsi limités en dimension radiale et sont orientés selon l'axe AA' longitudinal du dispositif 100 ; - des condenseurs cryogéniques 1 6 pour piéger la vapeur d'eau non dissociée de manière à disposer d'une grande directivité du jet de vapeur ;

- des pompes 17 de recyclage de l'eau non dissociée en phase vapeur ou liquide ;

- un système de séparation des produits dissociés hydrogène-oxygène 20 formé par une pluralité de membranes ou de piégeage cryogénique de l'oxygène.

Selon un premier exemple de réalisation d'un tel dispositif de production d'hydrogène, le système de séparation hydrogène-oxygène 20 est un système de séparation cryogénique des produits de dissociation, formé par :

- un premier condenseur cryogénique 21 pour piéger l'oxygène formant la paroi latérale extérieure de la première chambre 1 et de la deuxième chambre 2;

- un deuxième condenseur cryogénique 22 pour piéger l'oxygène formant la paroi latérale interne de la première chambre 1 et de la deuxième chambre 2 ;

- des condenseurs cryogénique 23 pour piéger l'oxygène situés perpendiculairement à l'axe AA' du dispositif 100 ;

- une pompe 24 permettant la récupération de l'hydrogène sous forme gazeuse.

Les chambres 1 et 2 du dispositif 100 sont mises sous vide, le vide étant effectué par des moyens de pompage ad hoc. Afin d'avoir le moins d'impuretés dans les chambres 1 et 2, un vide résiduel de 10 ^"4 mbar minimum est nécessaire. Pendant le fonctionnement du dispositif 100, la pression de travail dans les chambres 1 et 2 est typiquement inférieure ou égale à 5.10 ^"3 mbar, cette pression étant liée à la pression partielle de vapeur d'eau injectée dans les chambres 1 et 2. La structure magnétique est formée notamment par les huit barreaux d'aimants permanents 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12, 13, 14 ayant le même sens d'aimantation, les huit barreaux d'aimants 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12, 13, 14 entourant la première chambre 1.

L'orientation des aimants permanents 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12, 13, 14 est telle que les aimants produisent à l'intérieur de la chambre 1 un champ magnétique axial dont la configuration du module correspond à une configuration de type miroir magnétique dont le profil 30a présente au moins deux maxima (B _max ) à des abscisses situées respectivement dans les zones d'injection et d'extraction et un minimum (B _min ) non ponctuel étendu au moins partiellement, et préférentiellement sur une grande partie, le long de la chambre 1 , selon l'axe longitudinal AA', et situé entre les deux maxima

(Bmax)-

La structure magnétique est également formée par quatre barreaux d'aimants permanent 3, 4, 5, 6 ayant le même sens d'aimantation qui combinés aux barreaux d'aimants 7, 8, 9, 10 entourent la deuxième chambre 2 de façon à produire à l'intérieur de la chambre 2 un deuxième champ magnétique axial dont la configuration du module correspond à une configuration de type miroir magnétique dont le profil 30b présente au moins deux maxima (B _max ) à des abscisses situées respectivement dans les zones d'injection et d'extraction et un minimum (B _min ) non ponctuel étendu au moins partiellement le long de la chambre 1 , selon l'axe longitudinal AA', et situé entre les deux maxima (B _max ).

Les barreaux d'aimants 7, 8, 9, 10 de la structure magnétique sont communs aux deux chambres 1 et 2 et sont dimensionnés pour produire un champ magnétique équivalent à la fois à l'intérieur de la chambre 1 et à l'intérieur de la chambre 2. Les champs magnétiques présentent alors un même profil 30 à l'intérieur des chambres 1 et 2 ; le profil magnétique référencé 30 étant équivalent aux profils 30a et 30b illustrés à la figure 2, on parlera par la suite uniquement du profil 30 pour chacune des chambres.

Les barreaux d'aimants 7, 8, 9, 10 sont placés sous vide dans des carters, en matériau métallique amagnétique, soudés et étanches au vide permettant ainsi de s'affranchir des problèmes liés au dégazage des aimants. Les maxima (B _max ) des profils 30 ont une valeur supérieure à la valeur du champ magnétique de résonance (B _rθS ) pour laquelle on obtient la résonance cyclotron électronique. Le minimum (B _mi n) est un minimum dit à champ plat, dont la valeur est égale, ou légèrement inférieure, à la valeur pour laquelle on obtient la résonance cyclotron électronique, et étendue sur une grande longueur du dispositif 100.

De façon préférentielle, les valeurs maximales (B _max ) du champ magnétique sont assez élevées, de l'ordre de 0,15 T à 0,3 T, de manière à limiter les fuites axiales du plasma. La valeur du minimum (B _min ) est une valeur égale ou inférieure à la valeur du champ magnétique de résonance (B _rθS ) de l'ordre de 90% de (B _rθS ), c'est-à-dire environ 0,08T pour une fréquence de 2,45GHz. Cette valeur du champ magnétique égale ou légèrement inférieure à la résonance cyclotron électronique est étendue sur une grande partie de la longueur du dispositif selon l'axe longitudinal AA', de l'ordre de 25cm. Ainsi, les électrons pourront acquérir une grande quantité d'énergie afin de dissocier efficacement les molécules d'eau sur toute la longueur du dispositif 100.

La structure magnétique telle que représentée sur la figure 3 permet également d'étendre la configuration miroir du profil du module du champ magnétique selon l'axe transversal BB' à l'intérieur des chambres 1 et 2.

La structure magnétique décrite précédemment permet ainsi d'obtenir, à l'intérieur des chambres 1 et 2, un volume étendu de plasma chaud.

La configuration de miroir du champ magnétique est une configuration dite à minimum-B : les électrons du plasma sont confinés dans un puits magnétique. Plus la longueur du minimum-B inférieur ou égal à la valeur du champ magnétique de résonance est grande et étendue plus le volume de plasma comportera des électrons rapides conduisant à une meilleur dissociation de la vapeur d'eau en oxygène et en hydrogène.

Dans le dispositif 100 de production d'hydrogène, les moyens d'injection de vapeur d'eau 18, des chambres 1 et 2, sont placés préférentiellement à proximité des moyens de propagation 15 de microondes

(toutefois, on peut également choisir un autre emplacement pour des raisons de commodité). L'eau est introduite dans les chambres 1 , 2 sous la forme d'un jet supersonique de vapeur dans le but d'obtenir une grande directivité de vapeur d'eau afin de diriger la vapeur d'eau directement dans le volume de plasma chaud vers la zone de résonance des chambres 1 et 2. Ce jet est issu d'une tuyère elle-même servant d'orifice à une enceinte où se trouve la vapeur d'eau. Des écorceurs sont placés à la sortie de la tuyère afin de délimiter l'ouverture angulaire du jet. Ces écorceurs sont constitués par des tuyaux dans lesquels circule un liquide dont la température avoisine 5°C (une température plus basse conduirait à une solidification de l'eau sur les écorceurs). La vapeur d'eau qui vient en contact avec les écorceurs est immédiatement condensée et coule le long des écorceurs.

Afin d'améliorer encore cette directivité par la diminution de la taille du jet de vapeur, les condenseurs cryogéniques 16, formé par exemple par des anneaux cryogéniques, sont placés au niveau des premiers maxima (B _max ) des champs magnétiques, dont les profils 30, 30a, 30b représentent les modules des champs magnétiques le long des chambres. Les condenseurs cryogéniques 16, dont la température avoisine les 200 K, sont utilisés comme des diaphragmes dans le but de piéger par cryocondensation la vapeur d'eau située en partie externe du jet de vapeur. Les condenseurs 16 évitent également la saturation en eau non dissociée des condenseurs cryogéniques 21 et 22 principaux nécessaires à la dissociation des éléments ionisés. Lorsque les condenseurs cryogéniques 16 sont saturés d'eau, un dispositif, non représenté, permet d'isoler les condenseurs 16 dans le but de les régénérer. Pour cela, le dispositif réchauffe les parois froides des condenseurs 16 afin de récupérer l'eau des parois froides sous forme liquide ou gazeuse pour être réinjecté dans le dispositif 100 par les pompes 17 de recyclage.

Les condenseurs cryogéniques 16 peuvent être remplacés indifféremment par des condenseurs liquides comportant une tubulure verticale dans laquelle est établi un gradient de pression (de 10 ^"3 mbar à 10 ² mbar ou 1 bar). Ainsi, l'eau, qui passe de la forme vapeur à la forme liquide, coule le long de la tubulure verticale par gravité et est avantageusement recyclée via la pompe 17 de recyclage. Toutefois, si la tubulure de recyclage est courte, le gradient de pression dans la tubulure peut rester faible et l'eau peut être réinjectée dans le dispositif 100 directement en phase vapeur.

Grâce à la structure magnétique et à la configuration magnétique à minimum-B plat selon l'axe longitudinal AA', les chambres 1 et 2 présentent un volume de plasma s'étendant sur une grande partie à l'intérieur de chaque chambre, avec une densité importante en sortie du jet de vapeur et un gradient de pression le long de chaque chambre.

Le dispositif 100 ne prévoit pas de confinement radial du plasma de par l'inhomogénéité radiale du champ magnétique. Dans ce cas, les particules ionisées formant le plasma ont tendance à subir une dérive radiale, selon un phénomène connu en physique des plasmas.

Les condenseurs cryogéniques 21 , 22, 23 sont des condenseurs à parois froides, appelés cryo-panneau ou panneau cryogénique. Le condenseur 21 est placé avantageusement sur les parois internes de la surface externe des chambres 1 et 2 et le condenseur 22 est placé avantageusement sur les parois internes de la surface interne des deux chambres de façon à condenser les particules ionisées désirées. Les parois froides des condenseurs 21 et 22 ont une température avoisinant par exemple 20-30K de manière à condenser tout les éléments présents dans les chambres à plasma sauf l'hydrogène qui reste sous forme gazeuse à cette température sous la pression de travail de 0,1 Pa.

En effet, selon les diagrammes de phases illustrés à la figure 1 , à la pression de fonctionnement des chambres 1 et 2, c'est-à-dire au minimum 5.10 ^"3 mbar, et à une température comprise entre 6K et 4OK (préférentiellement comprise entre 5K et 30K), il est possible de cryocondenser l'oxygène tout en gardant l'hydrogène sous forme gazeuse.

Ainsi, en utilisant un ou plusieurs condenseurs cryogéniques 21 , 22 formant les parois des chambres à plasma, refroidis à une température telle que les deux éléments, hydrogène et oxygène, composant le plasma se trouvent sous des phases différentes (hydrogène gazeux et oxygène solide), on peut piéger l'oxygène sous forme solide sans piéger l'hydrogène qui sera récupérer par d'autres moyens. La température du condenseur dépend des pressions partielles d'hydrogène à partir de la densité initiale du plasma qui est elle-même fonction de la fréquence microonde injectée. L'oxygène étant piégé, on utilise alors des moyens de récupération de l'hydrogène tels qu'une pompe classique (pompe à palettes ou turbomoléculaire par exemple) pour pomper l'hydrogène. Il est également possible d'utiliser avantageusement le fait que les particules ionisées suivent, par électroneutralité du plasma, les électrons qui sont guidés par les lignes de champ magnétiques.

En effet, si les condenseurs cryogéniques de l'oxygène 21 , 22, 23 sont placés dans les lignes de champ magnétiques, on peut alors avantageusement placer les condenseurs cryogéniques de l'hydrogène en dehors des lignes de champ magnétique.

On notera que les différents composants issus de la dissociation de l'eau sont essentiellement ; H ₂ , O ₂ , OH, H, O, O ⁺ , H ⁺ , H ₂ ⁺ , O ₂ ⁺ , OH ^" . Tous les éléments ionisés se neutralisent avant de toucher une paroi (soit une paroi froide d'un cryo-panneau soit une autre paroi), tandis que les éléments neutres se recombinent pour donner des éléments stables : H ₂ , O ₂ , H ₂ O.

Les condenseurs cryogéniques 23 sont placés avantageusement dans l'axe des jets de vapeur en dehors des volumes de plasma avant le système de pompage 24 de l'hydrogène, de façon à condenser les particules ionisées d'oxygène ainsi que la vapeur d'eau non dissociée. L'oxygène, issue de la dissociation du l'eau, étant piégé sur toute la longueur du dispositif 100, il suffit alors de pomper l'hydrogène axialement à l'autre extrémité du dispositif 100 et de l'envoyer dans un compresseur (non représenté). Un grillage haute-fréquence 25 (HF) est placé devant les cryopanneaux 21 , 22 de manière à protéger les cryopanneaux et à éviter leur échauffement par les microondes, le maillage du grillage HF 25 étant déterminé en fonction de la longueur d'ondes des microondes.

On notera que, selon le quadrillage représenté en figure 6, un carreau en abscisse correspond sensiblement à un centimètre. Les dimensions de chaque aimant ont été calculées de manière à obtenir, dans la chambre à plasma, une longue et large zone de résonance, où les électrons prennent suffisamment d'énergie pour dissocier les molécules d'eau et ioniser au moins partiellement les produits de dissociation.

Le meilleur taux de dissociation de l'eau étant obtenu pour des pressions inférieures à 5.10 ^"3 mbar, cette valeur est considérée comme une pression maximum dans les enceintes 1 et 2, d'autant plus que les électrons ne seraient plus guidés magnétiquement si l'on accroît cette pression au-delà de 5.10 ^"3 mbar.

Il est également possible d'utiliser une source d'injection microondes multifréquences dont la largeur de bande de chaque fréquence forme une large bande de fréquence conduisant à la formation d'une large zone de résonance ; la largeur de la zone de résonance correspondant sensiblement à la bande passante de la source microondes.

La figure 7 est une variante du dispositif illustré à la figure 6 (les moyens en commun entre les dispositifs 100 et 200 portent les mêmes numéros de référence et réalisent les mêmes fonctions). Le dispositif 200 selon ce second mode de réalisation se différencie du dispositif 100 de la figure 6 en ce qu'il comporte quatre chambres à plasma 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13,

114 comportant chacune un volume de plasma ; chacune des chambres 1 10,

11 1 , 1 12, 1 13, 1 14 comportant les mêmes caractéristiques détaillées précédemment en référence à la figure 6.

Dans cette variante du dispositif, la structure magnétique est formée notamment par vingt barreaux d'aimants permanents référencés de 121 à

140 ayant le même sens d'aimantation.

Les barreaux d'aimants 121 à 140 sont agencés de sorte que chaque chambre 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14 est entourée par huit barreaux d'aimants permanents, dont les douze barreaux d'aimants 125 à 136 sont utilisés communément à deux chambres de façon à produire un champ magnétique dans chacune des chambres qu'ils entourent. Les barreaux d'aimants 125 à

136 sont placés sous vide dans des carters en matériau métallique amagnétique soudés et étanches au vide permettant ainsi de s'affranchir des problèmes liés au dégazage des aimants. L'orientation des aimants permanents 121 à 140 est telle que les aimants produisent à l'intérieur des chambres 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14 un champ magnétique axial dont la configuration du module correspond à une configuration de type miroir magnétique dont les profils 30 présentent au moins deux maxima (B _max ) à des abscisses situées respectivement dans les zones d'injection et d'extraction et un minimum (B _mi n) non ponctuel étendu au moins partiellement, et préférentiellement sur une grande partie, le long des chambres 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, selon l'axe Z correspondant à l'axe longitudinal du dispositif ; le minimum (B _min ) étant situé entre les deux maxima (B _max ).

Selon un mode particulier de l'invention, les barreaux d'aimants 121 , 124, 125, 128, 129, 132, 133, 136, 137 et 140 possèdent les mêmes dimensions, cette particularité est également applicable pour les barreaux d'aimants 122, 123, 126, 127, 130, 131 , 134, 135, 138 et 139. On notera que le dispositif 200 comporte, dans chaque chambre 1 10,

1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, des moyens d'injection de vapeur d'eau 18 et des moyens de propagation d'ondes haute-fréquence 15, de type microondes.

Dans ce deuxième exemple de réalisation, le système de séparation hydrogène/oxygène est formé par : - des condenseurs cryogéniques 221 pour piéger l'oxygène, formant les parois latérales extérieures de chaque chambre 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14 ; - des condenseurs cryogénique 23 pour piéger l'oxygène situés perpendiculairement à l'axe AA' du dispositif 200 ; - une pompe 24 permettant la récupération de l'hydrogène sous forme gazeuse.

En revanche, le dispositif 200 selon l'invention ne comporte qu'une pompe 24 commune à toutes les chambres 1 10, 1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14 pour la récupération de l'hydrogène sous forme gazeuse. La figure 8 est une variante des dispositifs 100, 200 illustrés aux figures 6 et 7. Le dispositif 300 selon ce troisième mode de réalisation se différencie du dispositif 100 de la figure 6 et du dispositif 200 de la figure 7 en ce qu'il comporte cinq chambres à plasma 301 , 302, 303, 304, 305 comportant notamment, chacune, un volume de plasma. Chacune des chambres comportent les mêmes caractéristiques structurelles détaillées précédemment en référence à la figure 6 et 7. La figure 8 illustre plus particulièrement un mode de réalisation simplifié et compact de la structure magnétique 400 d'un dispositif 300 selon l'invention.

Dans ce mode de réalisation, la structure magnétique 400 est formée de trois bloc d'aimants permanents 310, 320, 330 alignés selon l'axe z correspondant à l'axe longitudinal des chambres à plasma 301 , 302, 303, 304, 305.

Les deux blocs d'aimants 310 et 320, situés aux extrémités du dispositif 300, sont des blocs d'aimants dit « fermés » alors que le bloc d'aimant 330 central est dit « ouvert » car il comporte des ouvertures en partie supérieure et en partie inférieure afin de faciliter l'insertion des cryo- panneaux de piégeage de l'oxygène tels que définis en référence à la figure 6 ou de tout autre élément nécessaire au bon fonctionnement du dispositif. Dans ce mode de réalisation, les blocs d'aimants 310 et 320 sont des blocs massifs ayant typiquement une longueur de 580cm (suivant x), une largeur de 660cm (suivant y) et une profondeur de 50cm (suivant z). Ils comportent également cinq évidements correspondant chacun à l'une des chambres à plasma 301 , 302, 303, 304, 305. Ces évidements ont typiquement une longueur de 320cm (suivant x) et une largeur de 70cm (suivant y).

Les blocs d'aimants 310 et 320 représentent typiquement une partie de la structure magnétique 400 du dispositif 300 permettant d'entourer chaque chambre 301 , 302, 303, 304, 305, les blocs d'aimants 310 et 320 représentant les barreaux d'aimants de chaque chambre situés au niveau des maxima B _max des profils du module du champ magnétique présent dans chaque chambre 301 , 302, 303, 304, 305. Le bloc d'aimant central 330 a typiquement une longueur de 600cm

(suivant x), une largeur de 644cm (suivant y) et une profondeur de 240cm (suivant z). Le bloc d'aimant 330 comporte également cinq évidements correspondant chacun à l'une des chambres 301 , 302, 303, 304, 305. Ces évidements ont typiquement une largeur de 104cm ou de 98cm (suivant y) et une longueur de 600cm (suivant x) ce qui permet d'avoir un bloc d'aimant 330 avec des ouvertures en partie supérieure et en partie inférieure pour faciliter l'extraction de l'oxygène piégé par les cryo-panneaux.

Avantageusement, les dimensions, selon l'axe y, des chambres 301 , 302, 303, 304, 305 sont différentes et alternées de façon à produire des champs magnétiques conduisant à la production d'un volume de résonance cyclotron électronique important. Le bloc d'aimant central 330 représente typiquement une partie de la structure magnétique du dispositif 300 permettant d'entourer chaque chambre 301 , 302, 303, 304, 305 par des barreaux d'aimants, les barreaux d'aimants étant situés au niveau du minimum (B _min ) des profils du module du champ magnétique présent dans chaque chambre. De plus, le bloc d'aimant central 330 permet de réduire le nombre de barreaux d'aimants entourant chaque chambre à plasma en proposant une structure magnétique unique en remplacement de la pluralité de barreaux d'aimants distincts, tels que représentés en référence à la figure 6. Cette structure unique permet également de garantir une valeur du module du champ magnétique proche de la valeur du champ magnétique de résonance étendue sur une grande longueur de chaque chambre à plasma.

La figure 9 est une variante du dispositif de production d'hydrogène illustré aux figures 6, 7 et 8 (les moyens en commun entre les dispositifs 100, 200 et 300 portent les mêmes numéros de référence et réalisent les mêmes fonctions).

Le dispositif 400, selon ce quatrième mode de réalisation, se différencie du dispositif 100 de la figure 6 en ce qu'il comporte un système de séparation hydrogène-oxygène 420 formé par :

- une première membrane perméable à l'hydrogène 421 , formant les parois latérales extérieures de la première chambre 401 , permettant de piéger l'oxygène à l'intérieur de la chambre 401 et de récupérer l'hydrogène dans une enceinte en périphérie de la première chambre 401 ;

- une deuxième membrane perméable à l'hydrogène 422, formant les parois latérales extérieures de la première chambre 402, permettant de piéger l'oxygène à l'intérieure de la chambre 402 et de récupérer l'hydrogène dans une enceinte en périphérie de la première chambre 401 ;

- des pompes 424 permettant la récupération de l'hydrogène sous forme gazeuse dans les enceintes en périphérie des chambres 401 , 402 ;

- des pompes 425 permettant la récupération de l'oxygène sous forme gazeuse dans les chambres 401 , 402.

Les membranes perméables de séparation 421 , 422 peuvent indifféremment être formées par une membrane métallique (telle que membrane de palladium), une membrane chimique absorbant l'oxygène ou encore une membrane magnétique piégeant l'oxygène par paramagnétisme.

La figure 10 est une représentation simplifiée d'un dispositif 500 de traitement de surface comportant un dispositif 600 de génération de plasmas à la résonance cyclotron électronique, selon l'invention, décrit et illustré aux figures 2, 3, 4, 5.

Le dispositif 500 de traitement de surface comporte, sauf mention contraire, toutes les caractéristiques, d'un dispositif 600 de génération de plasmas, décrites précédemment.

Le dispositif 500 comporte une pluralité de chambres, dont deux chambres sont représentées par les références 501 et 502.

Les deux chambres 501 , 502 communiquent, au niveau de leur extrémité opposée aux moyens d'injection 18, au moyen d'une enceinte 521 dans laquelle se déplace un substrat apte à recevoir les différents produits de dissociation des chambres, la nature des produits de dissociation étant fonction de la nature des plasmas générés dans chaque chambre.

A titre d'exemple, le dispositif 500 peut être utilisé pour une application de durcissement d'un substrat d'aluminium par implantation d'ion azote en surface. Pour cela, le dispositif 500 dispose, par exemple, de sept chambres comprenant chacune un plasma permettant de fournir des ions azote différents. Le substrat d'aluminium se déplaçant devant chaque chambre recevra dans un premier temps des ions N ⁺ au passage du premier plasma, puis des ions N ²⁺ au passage du deuxième plasma, jusqu'à des ions N ⁷⁺ au passage du septième plasma. L'ensemble étant porté à une haute tension fixe, l'énergie des ions est alors proportionnelle à la charge de l'ion et l'on obtiendra différentes profondeurs de pénétration des atomes d'azote dans l'aluminium. Ainsi, le dispositif 500 est un dispositif compact pouvant comporter des plasmas adjacents de même nature ou de natures différentes pour le traitement de surface d'un échantillon.

L'échantillon à traiter passe successivement devant les différents plasmas passant, par exemple, du décapage à l'argon puis au dépôt de catalyseur pour finir avec l'implantation de l'élément désiré (carbone par exemple).

Par exemple, dans une application destinée à la croissance de nanotubes de carbone, le substrat passe successivement devant quatre plasmas pour subir les différentes phases de production de nanotubes de carbone : décapage, dépôt de silicium, dépôt du catalyseur, croissance de nanotubes.

Ainsi, l'invention propose un dispositif de génération de plasmas à la résonance cyclotron électronique compact à plusieurs plasmas, les plasmas pouvant être identiques, pour par exemple une production d'hydrogène à grand volume, ou différents pour par exemple du traitement de surface.

L'invention a été principalement décrite pour une application permettant l'extraction de l'hydrogène, sous forme gazeuse, située à l'extrémité des chambres et pompant l'hydrogène axialement ; toutefois, il est également possible d'équiper le dispositif, dans le cas d'une application de production d'hydrogène, d'un moyen d'extraction de l'hydrogène pompant l'hydrogène de la chambre radialement au niveau de l'extrémité de chaque chambre. En effet, dans le cas de l'utilisation d'une configuration miroir magnétique simple, telle que représentée sur les figures 2 à 6, il peut y avoir un flux de particules important dans l'axe de la machine, ce flux de particules étant d'autant plus faible lorsque B _max est grand. Un pompage radial de l'hydrogène permet d'obtenir de l'hydrogène pur à 100%. L'invention a été principalement décrite, dans les modes de réalisation illustrés en référence aux figures 6 et 7, avec une extraction d'hydrogène au niveau de l'extrémité des chambres, effectuée par aspiration de l'hydrogène sous forme gazeuse au moyen d'une pompe. Il est également possible, selon l'invention, d'introduire dans chaque chambre, au niveau de la zone d'extraction de l'hydrogène et en dehors des lignes de champ magnétique, des condenseurs cryogéniques à parois froides pour piéger l'hydrogène, tels que des cryo-panneaux, pleins ou ajourés, et dont la température des parois est inférieure à 5K. Ainsi, l'hydrogène et l'oxygène sont fixés sur des parois froides indépendantes qu'il suffira de réchauffer indépendamment l'une de l'autre pour récupérer séparément l'hydrogène et l'oxygène soit sous forme liquide, soit sous forme gazeuse.

L'invention a été principalement décrite avec une pluralité de générateurs de microondes injectant des ondes hautes fréquences via une pluralité de moyens de propagation dans chaque chambre à plasma ; toutefois, il est également possible, selon l'invention de n'utiliser qu'un seul générateur de microondes pour tout le dispositif comportant une pluralité de chambres à plasma en utilisant un dispositif d'injection hautes fréquences multi-guides avec éventuellement des cornets hautes fréquences.

L'invention a été principalement décrite avec une pluralité de moyens d'injection de vapeurs d'eau ; toutefois, il est également possible, selon l'invention, de disposer d'un unique moyen d'injection de vapeurs d'eau avec une arrivée principale dans le dispositif et un système de distribution de vapeur vers chaque chambre et chaque volume de plasma.

L'invention a été principalement décrite avec une configuration magnétique comportant un minimum-B sensiblement égal ou inférieur à la valeur correspondant au champ magnétique de résonance dont la valeur du minimum-B est une valeur constante sur une certaine longueur de la chambre du dispositif correspondant à la distance entre les deux maxima (B _max ) ; toutefois dans une autre représentation de l'invention, le minimum-B de la configuration magnétique peut osciller autour d'une valeur minimum, tout en restant très proche de cette valeur minimum sur une grande distance de la chambre du dispositif correspondant à la distance entre les deux maxima (B _max ).

Enfin, l'invention a été principalement décrite avec un champ magnétique axial ; toutefois, il est également possible d'ajouter une composante radiale au champ magnétique axial, pour la dissociation par exemple d'autres éléments nécessitant l'utilisation d'un champ magnétique radial et/ou pour éviter des fuites radiales des plasmas dues à la dérive des particules et pour assurer ainsi un meilleur confinement des plasmas. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. Ainsi, si on souhaite traiter une quantité de molécules à dissocier plus importante, il est possible d'augmenter les dimensions de l'appareillage tout en veillant à avoir de zones de résonance dans chaque chambre à plasma. Ainsi, on pourra augmenter la longueur, ou le volume, du minimum-B égal, ou légèrement inférieure, à la résonance selon les besoins jusqu'à plusieurs mètres ou plusieurs m ³ . On notera que plus le volume du minimum-B sera long, plus le dispositif selon l'invention sera efficace.

Même si l'invention a été plus particulièrement décrite pour des fréquences microondes basses fréquence de l'ordre de 2,45 GHz, on peut bien entendu utiliser des fréquences microondes plus importantes, ainsi que deux injections de microondes avec des fréquences voisines de manière à obtenir une valeur de minimum-B comprise entre les deux valeurs de résonance, ainsi que plusieurs injections de microondes dont la largeur de bande de chacune (quelques MHz) conduit à une largeur de bande de fréquence très étendue et donc à une zone de résonance plus large. Les autres avantages de l'invention sont notamment les suivants :

- pas démission de CO2 ; pas d'utilisation d'électrode, ni de chauffage ohmique, ni de températures élevées.