Nous maîtrisons une énergie thermique comparable à celle de la surface du soleil dans un environnement de haute pureté et parfaitement contrôlé. Cette expertise constitue le fondement de notre engagement envers l'innovation, jour après jour, année après année.
Pour la plupart des gens, la matière qui nous entoure au quotidien se présente sous forme de solides, de liquides ou de gaz. Il existe pourtant un quatrième état de la matière : le plasma. Le plasma est peut-être moins connu, mais on l'observe régulièrement sans même s'en rendre compte. La foudre, décharges électriques, les lampes fluorescentes et les aurores boréales, ainsi que la lumière des étoiles, sont toutes des manifestations de la matière à l'état de plasma. Pas moins de 99,99% de l'univers visible est constitué de plasma. Le plasma est un gaz ionisé, ce qui signifie qu’une énergie suffisante est fournie pour libérer les électrons des atomes ou des molécules et permettre aux deux espèces – ions et électrons libres – de coexister. Cette “ mer ” d’électrons permet à la matière à l’état de plasma de conduire l’électricité, un peu comme un métal conducteur. C’est l’une des propriétés qui rend le plasma si radicalement différent de son homologue gazeux. Le plasma peut atteindre des températures d’environ 10 000 °C, soit la température à la surface du Soleil, et bien au-delà de la flamme la plus chaude résultant de la combustion d’un combustible, qui brûle à environ 3 000 °C. Le plasma artificiel peut être généré de plusieurs manières différentes, mais selon un principe commun : un apport d’énergie est nécessaire pour le produire et le maintenir.
Tekna a été fondée en 1990 pour commercialiser une technologie brevetée de torche à plasma à couplage inductif (ICP) développée par les professeurs Maher Boulos et Jerzy Jurewicz de l'Université de Sherbrooke.
Leur nouvelle conception de torche ICP comprenait un tube de confinement du plasma en céramique robuste, refroidi à l’eau afin de le protéger des hauts flux thermiques émis par le plasma. Une tête de distribution des gaz de torche était montée à l’entrée du corps de torche en polymère, qui contient la bobine d’induction coaxiale, tandis qu’une buse refroidie à l’eau était installée à la sortie du corps de torche. Un écoulement de gaz dans le tube de confinement a été spécialement conçu pour créer une frontière virtuelle que le plasma ne peut franchir. Cela empêche le plasma d’entrer en contact avec les parois du tube et permet ainsi de préserver l’intégrité des composantes de la torche. Le concept de base des torches ICP fabriquées par Tekna est resté essentiellement inchangé depuis, bien que des améliorations aient été apportées afin d’en accroître l’efficacité énergétique, de répondre aux exigences d’exploitation à l’échelle industrielle et de l’adapter à des applications spécifiques.
Tekna a été fondée en 1990 pour commercialiser une technologie brevetée de torche à plasma à couplage inductif (ICP) développée par les professeurs Maher Boulos et Jerzy Jurewicz de l'Université de Sherbrooke.
Leur nouvelle conception de torche ICP comprenait un tube de confinement du plasma en céramique robuste, refroidi à l’eau afin de le protéger des hauts flux thermiques émis par le plasma. Une tête de distribution des gaz de torche était montée à l’entrée du corps de torche en polymère, qui contient la bobine d’induction coaxiale, tandis qu’une buse refroidie à l’eau était installée à la sortie du corps de torche. Un écoulement de gaz dans le tube de confinement a été spécialement conçu pour créer une frontière virtuelle que le plasma ne peut franchir. Cela empêche le plasma d’entrer en contact avec les parois du tube et permet ainsi de préserver l’intégrité des composantes de la torche. Le concept de base des torches ICP fabriquées par Tekna est resté essentiellement inchangé depuis, bien que des améliorations aient été apportées afin d’en accroître l’efficacité énergétique, de répondre aux exigences d’exploitation à l’échelle industrielle et de l’adapter à des applications spécifiques.
Dans la technologie ICP de Tekna, le plasma est généré en transférant l'énergie électrique de la bobine d'induction au gaz circulant dans un tube de confinement, où se produit la décharge plasma.
Le courant de radiofréquence dans la bobine crée un champ magnétique alternatif, qui à son tour induit un champ électrique annulaire à l'intérieur de la région de décharge. C'est ce champ électrique induit qui provoque le chauffage ohmique du gaz, maintenant ainsi une décharge plasma stable.
En fonction des conditions de fonctionnement du plasma, la température locale au cœur de la décharge, qui peut facilement atteindre 10 000 °C, est plus que suffisante pour faire fondre et évaporer tous les matériaux connus de l'homme.
Dans la technologie ICP de Tekna, le plasma est généré en transférant l'énergie électrique de la bobine d'induction au gaz circulant dans un tube de confinement, où se produit la décharge plasma.
Le courant de radiofréquence dans la bobine crée un champ magnétique alternatif, qui à son tour induit un champ électrique annulaire à l'intérieur de la région de décharge. C'est ce champ électrique induit qui provoque le chauffage ohmique du gaz, maintenant ainsi une décharge plasma stable.
En fonction des conditions de fonctionnement du plasma, la température locale au cœur de la décharge, qui peut facilement atteindre 10 000 °C, est plus que suffisante pour faire fondre et évaporer tous les matériaux connus de l'homme.
La technologie de base de Tekna, plasma à couplage inductif, est utilisé à travers quatre applications clés: la production de nanoparticules métalliques, la fabrication de poudres métalliques de taille micrométrique grâce à nos procédés d’atomisation et de sphéroïdisation, ainsi que le développement de barrières thermiques à l’aide de nos souffleries plasma supersoniques. Les sections suivantes présentent ces différents domaines d’application ainsi que les produits et les solutions qui y sont associés.
La synthèse de nanopoudres par plasma repose sur un précurseur généralement sous forme de poudre fine, bien que des liquides ou des gaz puissent également être employés en fonction du matériau cible, qui est injecté au cœur de la décharge plasma par une sonde refroidie par eau.
Le débit d'alimentation du précurseur est soigneusement contrôlé pour garantir un transfert d'énergie adéquat du plasma afin d'élever la température du matériau au-dessus de son point d'ébullition, entraînant ainsi une vaporisation complète. Le nuage de vapeur généré est ensuite transporté en aval vers une zone de trempe, où l'exposition à des débits de gaz élevés provoque une baisse locale rapide de la température. Ces conditions initient la nucléation et la condensation en vol, conduisant à la formation de nanoparticules.
En ajustant les conditions de trempe, la taille des particules résultantes peut être réglée, avec des diamètres moyens typiques allant d'environ 50 à quelques centaines de nanomètres.
La synthèse plasmique de nanopoudres repose sur un précurseur — généralement une poudre fine, bien que des liquides ou des gaz puissent également être employés selon le matériau cible — qui est injecté au cœur de la décharge plasma par une sonde refroidie à l'eau.
Le débit d'alimentation du précurseur est soigneusement contrôlé pour garantir un transfert d'énergie adéquat du plasma afin d'élever la température du matériau au-dessus de son point d'ébullition, entraînant ainsi une vaporisation complète. Le nuage de vapeur généré est ensuite transporté en aval vers une zone de trempe, où l'exposition à des débits de gaz élevés provoque une baisse locale rapide de la température. Ces conditions initient la nucléation et la condensation en vol, conduisant à la formation de nanoparticules.
En ajustant les conditions de trempe, la taille des particules résultantes peut être réglée, avec des diamètres moyens typiques allant d'environ 50 à quelques centaines de nanomètres.
La sphéroïdisation par plasma de poudres nécessite typiquement une poudre assez fine comme matière première, laquelle est injectée au centre de la décharge plasma à travers une sonde refroidie à l’eau.
Le débit d’alimentation en poudre est réglé de manière à garantir un transfert d’énergie suffisant depuis le plasma pour porter la température du matériau légèrement au-dessus de son point de fusion, ce qui permet une fusion complète des particules tout en minimisant la surchauffe. À la sortie de la torche à plasma, les gouttelettes en fusion tombent librement et la tension de surface leur donne une forme sphérique. Cette morphologie est conservée lors de la solidification qui suit. Comme le procédé n’implique pas de cisaillement du matériau par un flux de gaz, les particules sphéroïdalisées obtenues présentent une forme hautement sphérique, une surface exceptionnellement lisse et sont exemptes de porosités. De plus, la sphéroïdisation par plasma offre des rendements élevés (dépassant régulièrement 90 %), car la distribution granulométrique du produit est définie en amont par un tamisage approprié de la matière première, ce qui permet d’optimiser l’utilisation du matériau. Le procédé génère ainsi très peu de rejets.
La sphéroïdisation par plasma des poudres nécessite une matière première – généralement une poudre assez fine – qui est injectée au centre de la décharge plasma par une sonde refroidie à l'eau.
Le débit d’alimentation en poudre est réglé de manière à garantir un transfert d’énergie suffisant depuis le plasma pour porter la température du matériau légèrement au-dessus de son point de fusion, ce qui permet une fusion complète des particules tout en minimisant la surchauffe. À la sortie de la torche à plasma, les gouttelettes en fusion tombent librement et la tension de surface leur donne une forme sphérique. Cette morphologie est conservée lors de la solidification qui suit. Comme le procédé n’implique pas de cisaillement du matériau par un flux de gaz, les particules sphéroïdalisées obtenues présentent une forme hautement sphérique, une surface exceptionnellement lisse et sont exemptes de porosités. De plus, la sphéroïdisation par plasma offre des rendements élevés (dépassant régulièrement 90 %), car la distribution granulométrique du produit est définie en amont par un tamisage approprié de la matière première, ce qui permet d’optimiser l’utilisation du matériau. Le procédé génère ainsi très peu de rejets.
Le processus d'atomisation utilise du fil métallique comme matière première. Le fil est introduit coaxialement dans la décharge plasma à induction, où il est chauffé jusqu'à ce que son extrémité fonde.
Une fois le point de fusion atteint, les gaz de plasma chauds atomisent le métal par une tuyère supersonique à la sortie de la torche. Des particules sphériques se forment en vol et sont dirigées vers le bas dans un jet concentré. Le réacteur est conçu pour permettre aux particules de se solidifier avant d'atteindre le fond du réacteur, empêchant ainsi le contact entre le métal en fusion et toute surface solide, garantissant ainsi une grande pureté de la poudre. La poudre brute résultante présente généralement une granulométrie d’au plus 200 micromètres (µm) et des tailles spécifiques sont obtenues après classification selon les exigences d'utilisation finale. Cette technologie produit une large gamme de poudres denses et sphériques, notamment des alliages de titane et d'aluminium, qui sont devenues une référence en fabrication additive. De plus, l'utilisation de gaz d'atomisation chaud, contrairement à l'atomisation conventionnelle par gaz froid, minimise la formation de satellites à la sortie de la tuyère, où la concentration de particules dans le flux gazeux est la plus élevée.
Le processus d'atomisation utilise du fil métallique comme matière première. Le fil est introduit coaxialement dans la décharge plasma à induction, où il est chauffé jusqu'à ce que son extrémité fonde.
Une fois le point de fusion atteint, les gaz de plasma chauds atomisent le métal à travers une tuyère supersonique à la sortie de la torche. Des particules sphériques se forment en vol et sont dirigées vers le bas dans un jet concentré. Le réacteur est conçu pour permettre aux particules de se solidifier avant d'atteindre le fond du réacteur, empêchant le contact entre le métal en fusion et toute surface solide, garantissant ainsi une grande pureté de la poudre. La poudre brute résultante présente généralement une distribution granulométrique allant jusqu'à 200 microns (µm) et des tailles de coupe spécifiques sont obtenues après classification selon les exigences d'utilisation finale. Cette technologie produit une large gamme de poudres denses et sphériques — y compris des alliages de titane et d'aluminium — qui sont devenues une référence en fabrication additive. De plus, l'utilisation de gaz chaud d'atomisation, contrairement à l'atomisation par gaz froid conventionnelle, minimise la formation de particules satellites à la sortie de la tuyère, là où la concentration de particules dans le flux gazeux est la plus élevée.
Lorsqu'ils volent à des vitesses supérieures à la vitesse du son, les engins spatiaux sont soumis à un échauffement aérodynamique extrême, en particulier sur leurs bords d'attaque.
Des matériaux avancés utilisés comme boucliers thermiques (ou barrières thermiques) doivent être développés pour résister à des températures extrêmes, à l'oxydation, aux contraintes de cisaillement ainsi qu'à de sévères gradients thermiques générés par de telles conditions. Leur développement repose sur des bancs d'essais spécialisés au sol, capables de reproduire de manière réaliste les conditions de rentrée atmosphérique, telles que la vitesse du véhicule spatial, l'altitude, la géométrie, la composition atmosphérique et le flux de chaleur associé, de façon simultanée. PlasmaSonic est un banc d'essais au sol développé par Tekna pour la caractérisation et le développement de barrières thermiques. Il reproduit les environnements thermiques et aérodynamiques sévères rencontrés par les objets à haute vitesse et les véhicules de rentrée. Pendant les essais, les échantillons sont instrumentés pour suivre précisément l'évolution des paramètres clés, tels que l'enthalpie, la vitesse du gaz et le flux de chaleur. Combinées à des modèles numériques validés, ces mesures permettent d'extrapoler les performances des matériaux aux engins spatiaux à l'échelle réelle et aux profils de vol.
PlasmaSonic est une installation de test au sol développée par Tekna pour la caractérisation et le développement de matériaux de boucliers thermiques. Elle reproduit les environnements thermiques et aérodynamiques sévères rencontrés par les objets à haute vitesse et les véhicules de rentrée. Pendant les tests, les échantillons sont instrumentés pour surveiller précisément les paramètres clés tels que l'enthalpie, la vitesse du gaz et le flux de chaleur. Combinées à des modèles numériques validés, ces mesures permettent d'extrapoler les performances des matériaux aux engins spatiaux à l'échelle réelle et aux profils de vol.
Lorsqu'ils volent à des vitesses hypersoniques — dépassant cinq fois la vitesse du son — les engins spatiaux sont soumis à un échauffement aérodynamique extrême, en particulier au niveau de leurs bords d'attaque.
Des matériaux avancés utilisés comme boucliers thermiques (ou barrières thermiques) doivent être développés pour résister à des températures extrêmes, à l'oxydation, aux contraintes de cisaillement ainsi qu'à de sévères gradients thermiques générés par de telles conditions. Leur développement repose sur des bancs d'essais spécialisés au sol, capables de reproduire de manière réaliste les conditions de rentrée atmosphérique, telles que la vitesse du véhicule spatial, l'altitude, la géométrie, la composition atmosphérique et le flux de chaleur associé, de façon simultanée. PlasmaSonic est un banc d'essais au sol développé par Tekna pour la caractérisation et le développement de barrières thermiques. Il reproduit les environnements thermiques et aérodynamiques sévères rencontrés par les objets à haute vitesse et les véhicules de rentrée. Pendant les essais, les échantillons sont instrumentés pour suivre précisément l'évolution des paramètres clés, tels que l'enthalpie, la vitesse du gaz et le flux de chaleur. Combinées à des modèles numériques validés, ces mesures permettent d'extrapoler les performances des matériaux aux engins spatiaux à l'échelle réelle et aux profils de vol.
PlasmaSonic est une installation de test au sol développée par Tekna pour la caractérisation et le développement de matériaux de boucliers thermiques. Elle reproduit les environnements thermiques et aérodynamiques sévères rencontrés par les objets à haute vitesse et les véhicules de rentrée. Pendant les tests, les échantillons sont instrumentés pour surveiller précisément les paramètres clés tels que l'enthalpie, la vitesse du gaz et le flux de chaleur. Combinées à des modèles numériques validés, ces mesures permettent d'extrapoler les performances des matériaux aux engins spatiaux à l'échelle réelle et aux profils de vol.
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