THESE

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 1I-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