Les plasmas de décharges hors-équilibre à haute pression se déclinent au travers d’une grande variété de configurations (décharges couronne, à barrière diélectrique, de surface, pré-ionisées, jets de plasma, micro-décharges), de milieux plasmagènes (gaz rares ou moléculaires, aérosols, milieux multiphasiques complexes, pressions de quelques 100aines de mbar à plusieurs 10aines de bar, …), ainsi que d’alimentations électriques (DC, AC, impulsionnelle, RF, …). Les applications visées par l’étude de ces décharges haute pression concernent essentiellement les domaines de l’énergie et de l’énergétique (synthèse de gaz, combustion assistée, contrôle d’écoulement, …), de l’environnement (traitement de gaz et de liquides, filtration, dissociation du CO₂, …), du biomédical (décontamination, activation cellulaire, traitement de tumeurs, …) et des matériaux (synthèse de nanostructures, structuration et traitement de surfaces). La diversité des décharges haute pression en fait la grande richesse mais s’avère également être une source de complexité, voire un verrou scientifique. Il est bien souvent difficile de pouvoir analyser de manière comparative et synthétique l’ensemble des résultats auxquels conduisent les études, quand bien même les processus fondamentaux impliqués pourraient être similaires. Les approches macroscopiques et multiparamétriques laissent encore sans réponse de nombreuses questions fondamentales portant sur la physique et la chimie hors-équilibre de ces systèmes.
Un premier challenge dans ce domaine est de décrire de manière quantitative et résolue les grandeurs fondamentales à l’origine de la création des plasmas (champ électrique, FDEE, densités d’espèces primaires, photons, charges surfaciques). A haute pression, les gradients spatiaux deviennent très importants (μm voire sub-μm) et les temps caractéristiques d’évolution des grandeurs très courts (ns voire ps). Les variations de champ peuvent être telles que les hypothèses d’équilibre local des électrons peuvent ne plus être valables. Ces effets sont d’autant plus marqués que les plasmas étudiés à l’heure actuelle imposent des contraintes fortes liées à la complexité des géométries de réacteurs (multi-électrodes, faibles rayons de courbure, présence d’interfaces, décharges guidées/confinées, échelles micrométriques), aux mélanges de gaz (molécules complexes, aérosols, haute pression) et à l’excitation (temps courts, transitoires importants, surtensions élevées, …).

Les plasmas thermiques se distinguent des plasmas dits hors d’équilibre par de fortes concentrations électroniques et d’espèces réactives présentes à haute température, entre 10 000 et 50 000 K, si bien qu’ils peuvent être décrits grâce à l’hypothèse d’équilibre thermodynamique valable au cœur de la décharge. En France, les équipes de recherche utilisent majoritairement un arc électrique comme source génératrice de plasma thermique. Deux grandes familles d’étude peuvent alors être différenciées, à savoir, d’une part l’utilisation d’un arc électrique comme une source d’enthalpie exploitée dans des procédés largement industrialisés, tels que la synthèse de revêtements par projection plasma, la découpe de matériaux, le soudage et le traitement de déchets, et d’autre part, les dispositifs de coupure du courant dans des systèmes électriques où la maîtrise de l’extinction de l’arc est fondamentale. Il est à noter la résurgence des études sur les arcs de foudroiement et de leur interaction avec les nouveaux matériaux composites de fuselage en aéronautique. Les plasmas thermiques à couplage inductif sont essentiellement étudiés et privilégiés pour la synthèse chimique de nanomatériaux et le recyclage de déchets. Les laboratoires disposent aujourd’hui d’une bonne connaissance des propriétés des plasmas thermiques grâce aux méthodes de diagnostics et de modélisation 3D instationnaire qui se sont développées ces dernières années.
Cependant de nombreux champs de recherche sont à l’étude aujourd’hui et reposent essentiellement sur la prise en compte de l’interaction du plasma avec son environnement dans une approche transversale multi-physique.

La recherche impliquant des Plasmas en Interaction avec les Liquides (PIL) a connu, ces dernières années, un regain d’intérêt lié au fort potentiel de ces procédés dans de récents, nombreux et différents domaines d’application. Historiquement, les procédés impliquant des PIL portaient sur des domaines relatifs à l’électrochimie et à la dégradation des liquides diélectriques pour la commutation haute tension. Mais, plus récemment, les recherches se sont diversifiées vers des applications concernant l’environnement, les sciences de la vie (biologie, agriculture, médecine) et la synthèse de (nano)matériaux. De cette multitude d’applications découle une grande variété de réacteurs plasma, de fluides et de modes d’interaction des décharges avec les liquides (en spray, en gouttes, dans ou sur le liquide).
Le fort intérêt envers les PIL résulte du fait qu’ils sont le siège de nombreux phénomènes physico-chimiques (forte réactivité chimique, génération d’ondes de choc et de rayonnement UV) traduisant également une grande complexité. Ainsi l’étude de ces milieux représente un défi scientifique majeur en vue de leur maîtrise car le procédé implique de résoudre des problématiques liées à la physique des plasmas, la thermodynamique, l’hydrodynamique, la cinétique chimique, la science des matériaux et aux interactions aux interfaces. Malgré un certain nombre de travaux préalables sur le sujet, cette thématique soulève toujours un nombre important de problématiques, communes à l’ensemble des applications développées car en lien avec les mécanismes intrinsèques aux PIL ou aux méthodes de caractérisation associées.