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Martinet David

Martinet David

Adjoint-e scientifique HES B

Compétences principales

Plasma technology

Chimie des plasmas

Finite element modeling (Comsol)

Hydrogen and renewable gases

Stockage hydrogène

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Contrat principal

Adjoint-e scientifique HES B

Téléphone: +41 58 606 87 35

Bureau: ENP.23.N203

HES-SO Valais-Wallis - Haute Ecole d'Ingénierie
Rue de l'Industrie 23, 1950 Sion, CH
HEI - VS
Institut
Institut Systèmes industriels
BSc HES-SO en Systèmes industriels - HES-SO Valais-Wallis - Haute Ecole d'Ingénierie
  • Laboratoire de physique

Terminés

Transformation du plastique usagé en source de hydrocarbures dans l'industrie chimique
AGP

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels, Ellert Christoph, VS - Institut Systèmes industriels

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : Plastic waste is one of the biggest current environmental problems. Plastics products are produced from fossil hydrocarbons as C-supplier by energy-intensive high-temperature cracking. These plastics, which are CO2-intensive in production, are not recycled despite improved waste separation, which is advancing, but remains insufficient and costly. Thus, plastic waste will continue ending up in the environment or (as in Switzerland) in waste incineration plants and thus contribute to global warming, since all C atoms are oxidized to CO2. Most innovation approaches today aim at improving the energy balance of the cracker and not at replacing the feedstock. Our project aims to replace the supply of raw material gases from high-temperature cracking of hydrocarbons in a first step by breaking down plastic waste into its individual molecular parts by means of a soft and tunable hydrogen plasma (de-polymerization). In a second step, product gases will be separated and the resulting short-chain molecules (CH4, CxHy, i.e. alkanes, alkenes, others) returned as raw materials to the production process in chemical and pharmaceutical industry. While the first step represents the main innovation in this project the second step takes advantage of the existing knowledge of gas separation and cleaning already practiced in high-temperature cracking systems, which need however be adapted to the particular gas composition leaving the plasma dissociationprocess (first step). Environmental impact 1. Plastic waste is no longer landfilled or released into the environment. 2. Elimination of CO2 release from Incineration of plastic waste. 3. The plasma process is also suitable for mixed plastic waste. 4. C-cycle is closed, as product gases will be separated & purified for use in chemical and pharmaceutical industry. Energy relevance 5. Replacement of the high-temperature cracking process by the tunable soft hydrogen plasma process. 6. Required hydrogen is produced from solar driven electrolysis at peak times in summer. Plastic waste can be collected in the winter months, partially reducing the summer/winter electricity storage problem. 7. The plasma reactor for decomposition of the plastic waste with admixture of the solar generated ("green") hydrogen is run at peak times and thus also stabilizes the electric power grids. The plasma process can be started up and shut down quickly, since no large thermal masses have to be heated up (in contrast to thermal gasification at over 1000°C).

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Ellert Christoph , Crelier Simon , Berthouzoz David , Martinet David , Zsely Schaffter Martina , Richard Jacques , Jobin Marc , Schopfer Mathieu , Reymond Lucie , Seppey Fabrice , Broccard Pierre-Vincent , Pomarico Enrico , Schmidt Cédric , Neuenschwander Caryl , Varone Benoît , Bruzzo Alessia , Masserey Romain

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; VS - Institut Technologies du vivant; hepia inSTI; Ellert Christoph, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 15.01.2022 - 31.03.2024

Montant global du projet: 220'000 CHF

Statut: Terminé

Réduction des pertes de puissance dans le circuit d'alimentation d'un plasma radiofréquence à pression atmosphérique pour le traitement de déchets plastiques
AGP

Rôle: Requérant(e) principal(e)

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : Les déchets plastiques sont l'un des plus grands problèmes environnementaux actuels, car ils ne sont que partiellement recyclés, malgré l'amélioration du tri des déchets, et finissent généralement dans l'environnement ou dans des usines d'incinération des déchets dans le monde entier, contribuant ainsi au réchauffement de la planète. A l'aide d'un plasma d'argon-hydrogène, les déchets plastiques peuvent être décomposés en leurs composants moléculaires individuels, les gaz ainsi produits séparés et renvoyés comme matières premières dans le processus de production des industries chimiques et pharmaceutiques. Durant les deux dernières décennies, les plasmas à pression atmosphériques ont gagné en attention, en particulier grâce à leur coût de mise en 'uvre relativement bas, par rapport aux plasmas sous-vide. Cependant, dans la gamme des radiofréquences (RF), chaque composant électrique et électronique, aussi bien que les câbles les reliant entre eux ou les instruments de mesure, ajoutent une capacité et/ou une inductance. Ces ajouts modifient l'impédance vue par le générateur de puissance, et conduisent ainsi à des pertes électriques dans le circuit, causées par la puissance réfléchie. Ces pertes diminuent fortement le rendement de la puissance dans le plasma par rapport à la puissance totale émise par le générateur, et produisent également de la chaleur. Le but du projet est d'augmenter le rendement de transfert de puissance RF dans un circuit d'alimentation de plasma fonctionnant à pression atmosphérique, en analysant en détails les pertes de puissance. D'une part une simulation par éléments finis (COMSOL) et de circuits électroniques (LT-Spice) permettront de modéliser le circuit, calculer les pertes électriques et d'identifier les éléments fortement perturbateurs. D'autre part, des mesures sur un circuit existant permettront de corréler les résultats des simulations à la réalité.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Martinet David , Varone Benoît

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; Martinet David, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 01.02.2022 - 03.09.2023

Montant global du projet: 50'000 CHF

Statut: Terminé

Etudes préliminaires dans le cadre du projet 'Electrolytic cell design - adapted for easy and cost efficient upscaling - No 63208.1 INNO-EE
AGP

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels

Financement: Innosuisse

Description du projet : Les cellules industrielles actuelles sont basées sur un principe ancien d'empilement horizontal. La réalisation de « stacks », de très grandes tailles, crée de nombreux problèmes de sécurité, d'assemblage et d'implantation : coûts de réalisation et d'assemblage très élevés, déformations structurelles importantes dues aux poids et longueur, fuites d'électrolyte préjudiciables à la sécurité, nombreux joints d'étanchéité, assemblage compliqué et faible durée opérationnelle, flambage entraînant un écrasement des joints, problèmes de dilatation, fuites dues à la fatigue des éléments tenseurs, fonctionnement impossible à des pressions supérieures à 30 bars, multiplication des connexions fluidiques et électriques, maintenance et entretien onéreux, empreinte au sol importante, poids excessif proportionnellement au volume du stack. ASPHY réalise une cellule électrolytique industrielle simple, légère et moins encombrante qu'un « stack» classique. Le concept fonctionne en toute sécurité sans fuite possible à des pressions de 30 à plus de 120 bars. La cellule est tubulaire et sa position de fonctionnement verticale. La cellule «ASPHY» a une disposition particulière des éléments internes, avec un diaphragme en « zigzag », électrodes montées en alternance et porteuses de catalyseurs sur feutres permettant d'augmenter la surface active dans un volume minimum. Le tout est disposé dans une enceinte blindée. Le concept ASPHY permet d'équiper tout électrolyseur alcalin existant.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Ellert Christoph , Martinet David , Schopfer Mathieu , Reymond Lucie , Neuenschwander Caryl

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 20.07.2022 - 20.07.2023

Montant global du projet: 15'000 CHF

Statut: Terminé

Banc de test Ammoniac
AGP

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels, Soutrenon Mathieu, VS - Institut Systèmes industriels

Financement: Neology Sàrl

Description du projet : Your request regarding the test of catalysts for ammonia cracking. ' Project description The main goal of the project is to build a mobile test bench to test catalysts for ammonia cracking. The description of the test bench can be found in the publication from Hazel et al. 2016[1]. The test bench is designed to be modular, for future integration on the same platform of a control system, a larger reactor, and a fuel cell. The test bench will be tested with a catalyst (Li2NH); this catalyst will be synthetized and characterized within the project. Additionally, a feasibility study will be conducted to define the system requirements for the reactor installed on the test bench, and to define the system requirements and propose concepts for a larger ammonia cracker coupled a 2.4kW or 1 OOkW fuel cell. ' Project tasks and planning, project end 12 week after signature The project is split into 2 work packages: WP1: design and assembly of the test bench, commissioning of the test bench without the 1-JGC, tasks 1-9, end with MS1 WP2: feasibility study and ammonia cracking with 1-JGC measurements, tasks 10-12, start after MS1 The project planning is dependent on the reception of a micro gas chromatograph (1-JGC) unit for the complete commissioning of the test bench (T12). The 1-JGC will be used to quantify the ammonia content after the reactor. After assembly (T7) the test bench will be tested with a FTIR to run one validation test. The results of this preliminary test will be discussed in a milestone meeting (MS1 ). A decision to continue/stop the project will be made at this milestone meeting.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Girard Hervé , Ellert Christoph , Joris Steve , Berthouzoz David , Martinet David , Soutrenon Mathieu , Gay Thibault , Lattion Corentin , Karve Vikram

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; Soutrenon Mathieu, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 15.04.2022 - 31.07.2022

Montant global du projet: 62'000 CHF

Statut: Terminé

Développement d'une méthode digitale d'activation de surface et déposition du matériel par plasma
AGP

Rôle: Collaborateur/trice

Description du projet : PVD and plasma spraying technics are nowadays widely used. In the last few decades there has been an intense development in non-equilibrium ('cold') plasma surface processing systems at atmospheric pressure. This new trend is stimulated mainly to decrease equipment costs by avoiding expensive pumping systems of conventional low-pressure plasma devices. Cold plasma become a subject of great interest for a wide variety of technologies including surface treatment and thin-film deposition. However, the current techniques are all based on single nozzle or grouped multi-nozzle solutions, no arrays composed of individually addressable single nozzle are available yet. This interdisciplinary project DigitalPlasma aims through an approach combining current inkjet and single addressing array technology to develop novel and innovative digital cold plasma head. The consortium will work on: Single plasma cell, array technology & configuration suitable for digital control Power electronics and switches Control and interface system for jet arrays Plasma on demand with a 2x16 nozzle array as demonstrator Finally, this will all be built into a digital plasma platform to evaluate the feasibility of digital layer deposition with digital plasma. The project combines the specific & complementary expertise of the 2 involved Institutes: iPrint (HEIA-FR) & Systemtechnik (HESSO-Vs).

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Ellert Christoph , Bourguet Florian , Kolly Gaëtan , Bircher Fritz , Filliger Sebastian , Bürgy Olivier , Renner Johannes , Berthouzoz David , Martinet David , Mauron Muriel , Kessler Philip , Arcudi Carmine , Udry Julien , Schneuwly Vincent , Germanier Alain , Roubaty Fabrice , Gugler Gilbert , Brügger Luca , Carrie Natalia , Brodard Patricia , Stefanucci Alfonso , Lapaire Clovis , Blum Remo , Molliet Renata , Trottet Grégory , Mabillard Eric

Partenaires académiques: HES-SO Rectorat; VS - Institut Systèmes industriels; FR - EIA - Institut IPRINT; Gugler Gilbert, FR - EIA - Institut IPRINT

Durée du projet: 01.01.2019 - 29.10.2021

Montant global du projet: 270'000 CHF

Statut: Terminé

Déposition de polymères par plasma
AGP

Rôle: Collaborateur/trice

Financement: VS - Institut Systèmes industriels; VS - Institut Systèmes industriels

Description du projet : Le but de ce projet socle inter-institut est d'étudier le potentiel de la PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) pour la fabrication d'absorbants performants et peu coûteux, qui seront testés dans différentes applications. (suite du projet S18_RD-dPP Sagex 81763)

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Ellert Christoph , Martinet David , Truffer Frédéric

Durée du projet: 01.01.2019 - 31.12.2019

Montant global du projet: 10'453 CHF

Statut: Terminé

Hydrogène renouvelable ' Intégration de l'électrolyse pour stabiliser un réseau électrique - C_2016_A_1 - EOS
AGP

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels, Ellert Christoph, VS - Institut Systèmes industriels

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : La forte croissance des énergies renouvelables variables exige des moyens efficaces pour lisser les pics de puissance au sein du réseau électrique. Le surplus d'énergie renouvelable produit devra être transporté ou stocké entre les saisons. Le concept de power-to-gas représente une solution technique avantageuse et écologique. Le projet HydRen intègre un démonstrateur P2G dans le micro réseau DC de la HES-SO Valais-Wallis. Le système de conversion d'énergie et stockage et ses composants seront optimisés. Le concept sera évalué économiquement sur la base de l'expérience.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Pontelandolfo Piero , Sterren Thomas , Ellert Christoph , Gallay Steve , Márquez Sergio Diego , Pointet Marc-André , Affolter Jean-François , Cachelin Christian Pierre , Crottaz Michael , Grandjean Basile , Berthouzoz David , Martinet David , Carrupt Aurélien , Arcudi Carmine , Germanier Alain , Morey Philippe , Putzu Roberto , Barrade Philippe , Forclaz Didier , Petrovic Darko

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; IESE; hepia inSTI; Ellert Christoph, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 01.05.2016 - 31.10.2018

Montant global du projet: 286'111 CHF

Statut: Terminé

Simulation mécanique et électrique d'une poutre MEMS en flexion
AGP

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels, Ellert Christoph, VS - Institut Systèmes industriels

Financement: Sigatec SA

Description du projet : Sigatec SA a développé un procédé de fabrication d'éléments MEMS flexibles. L'entreprise souhaite mandater la HES-SO //Valais-Wallis pour effectuer des simulations numériques

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Ellert Christoph , Moerschell Joseph , Martinet David

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; Ellert Christoph, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 18.10.2016 - 28.02.2017

Montant global du projet: 11'900 CHF

Statut: Terminé

Production d'hydrogène par energie solaire directe en utilisant des couches minces d'Hematite
AGP

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Systèmes industriels, Ellert Christoph, VS - Institut Systèmes industriels

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : L'objectif est de mettre au point un procédé de production d'hydrogène par voie photoélectrochimique en fabricant des couches minces nanostructurés. L'énergie pour la dissociation d'eau sera fournie par le rayonnement solaire directe sans passant par l'electrolyse. Le centre de compétence en photoélectrochimie de l'EPFL (PEChouse) possède une expertise dans ce domaine et il a déjà mis au point une méthode de production de ces couches minces par voie CVD (Chemical Vapor Deposition) à pression atmosphérique (APCVD). Toutefois, les recherches n'ont pour l'instant abouti qu'à un procédé de laboratoire et les surfaces produites ne sont encore qu'à l'échelle de l'échantillon de largeur et longueur de quelques centimètres. La HES-SO Valais souhaite investiguer une nouvelle voie permettant la déposition de ces couches minces de manière stable et reproductible et se propose de développer un procédé PECVD (plasma enhanced chemical vapor déposition). Sur le conseil du PEChouse, le choix du matériau de base s'est porté sur l'hématite (Fe2O3). Dans un premier temps et avec l'aide de la HES Arc à la Chaux-de-Fonds, il s'agira d'adapter une enceinte à plasma permettant le dépôt du matériau par PECVD. Les équipements périphériques seront étudiés conjointement avec le Plasma Physics Research Center de l'EPFL. On analysera ensuite la structure micro et nanoscopique des échantillons obtenus. Dans un second temps, on déterminera les paramètres clefs du procédé afin d'améliorer le rendement de conversion eau-hydrogène, le taux de dépôt et d'agrandir le substrat. Les mesures de rendement peuvent être effectuées à l'EPFL.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Girard Hervé , Ellert Christoph , Amoos Serge , Plomb Benoît , Grange David , Farine Brunner Sophie , Cachelin Christian Pierre , Fischer Fabian , Cséfalvay Catherine , Prieur Claudio , Ramseyer Stephan , Berthouzoz David , Martinet David , Clément Eric , Vorlet Olivier , Audriaz Michel , Chappuis Thierry , Laux Edith , Mabillard Eric

Partenaires académiques: VS - Institut Systèmes industriels; FR - EIA - Institut ChemTech; Micro et nano systèmes; Ellert Christoph, VS - Institut Systèmes industriels

Durée du projet: 01.01.2014 - 30.09.2015

Montant global du projet: 250'000 CHF

Statut: Terminé

Reduction of micro-organism on food powder particles - Design and application of a rotating Atmospheric PLAsma-FOod-powder-Reactor
AGP

Rôle: Collaborateur/trice

Requérant(e)s: VS - Institut Technologies du vivant, Beyrer Michael, VS - Institut Technologies du vivant

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : A dielectric barrier discharge (DBD) plasma reactor for a cold inactivation of bacteria in food powders shall be developed in two steps: a) flat-plate geometry and b) a modular rotating cylindrical geometry with annular gap. A parameter set for designing and scaling the DBD plasma reactor (rotating reactor) will be delivered including the plasma density ' powder exposition time relations. Performance and inactivation test will be executed using food powders. As test materials starch and milk powders are proposed. Starch is used as a drying agent in certain food and pharmaceutical technologies and could be recycled after decontamination. Milk powder is an ingredient in infant food formulas. For specific applications nearly sterile powders are requested. Microbiological contaminations of such powders cannot be totally prevented at production and decontamination is nowadays not mastered because of the sensibility of the powders to heat, humidity and mechanical stress.

Equipe de recherche au sein de la HES-SO: Sterren Thomas , Ellert Christoph , Gallay Steve , Andlauer Wilfried , Cachelin Christian Pierre , Broggini Christiane , Martinet David , Beyrer Michael , Germanier Alain , Mabillard Eric

Partenaires académiques: VS - Institut Technologies du vivant; Micro et nano systèmes; Beyrer Michael, VS - Institut Technologies du vivant

Partenaires professionnels: SCIEX

Durée du projet: 06.01.2014 - 30.09.2015

Montant global du projet: 47'500 CHF

Statut: Terminé

2023

LED algal microbial fuel cell stack balancing conception: Electronic voltage reversal blockage, light feed-starvation cycling, and aeration
Article scientifique

Catherine Doan, Jules Sansonnens, Morgante Michele, Cyrille Savy, Martinet David, Gérald Huguenin, Sunny Maye, Maria Vittoria Salvo, Fischer Fabian

Sustainable Energy Technologies and Assessments, 2023 , vol.  60

Résumé:

Stacked algae microbial fuel cells (AMFC) combine the strategic use of light and microbial energy to generate
usable electricity. It generates oxygen directly at the electrodes, providing CO2 cycling, algal biomass, and valueadded
biomolecules. In this work a 12 Liter LED-Algae-Microbial-Fuel-Cell-Stack with maximum power tracking
was investigated for voltage balancing and reversal resolution, enabling up to 1200 mV stable stack voltage
under closed circuit conditions. The experiment was run in a municipal wastewater treatment plant for 152 days.
A new type of data control computer device was used to block voltage reversals and maintaining power with unit
resistances between 42 and 99 Ohm. It also allowed the detection of previously unreported light starvation effects
in 16 process variants with voltage drops ranging from 14 to 240 mV switching off lights. Algae generated
an oxygen concentration of 1.9–3.7 mg/L during power generation. Extending all light-on conditions significantly
reduced the voltage reversal frequency. All light-on in combination with assisted oxygenation using 0.25
L/min air bubbling per unit resolved voltage reversals and balanced the AMFC-Stack.
The results obtained are relevant to the study of stacked bioelectric systems that use low substrate concentrations
and yet aim to generate stable power and minimize voltage reversals.

2022

Individual ignition of RF microplasma array at atmospheric pressure
Article scientifique ArODES

David Martinet, Sebastian Filliger, Alain Germanier, Gilbert Gugler, Christoph Ellert

Plasma Processes and Polymers,  2022, article no. e2200131

Lien vers la publication

Résumé:

Following the trend of miniaturization in semiconductor industry, atmospheric plasma jets in array configuration were developed for cleaning or treatment of workpieces under homogeneous conditions. We describe here first, the development of a small array of five individual identical plasma cells where each cell is ignited and quenched individually, which can be upscaled to several tens or hundreds of cells. The power electronics for ignition of plasma is composed of a multiplexing system with a kHz high-voltage plasma ignition pulse and an RF-supply that can be distributed to each ignited cell to maintain the plasma in the respective cell. Experimental results show an ignition voltage for argon of 1300 V and RF-current per cell of 70 mA.

Rapid Single-Step Deposition of Nanostructured Hematite Thin Films Produced by PECVD Using Ferrocene as Precursor
Article scientifique

Martinet David, Ellert Christoph

IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, 2022 , vol.  50, no  6, pp.  1841-1849

Résumé:

Dense cauliflower type nanostructured hematite (a-Fe2O3) thin films were grown by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) using ferrocene (Fe(C5H5)2) as precursor. The influence of the plasma parameters on the layer composition and growth rate was investigated and correlated with the plasma used during the deposition process. Optical emission spectroscopy (OES) data from the plasma in conjunction with scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry (EDX) and Raman spectroscopy showed that plasma power of about 50–120 W with an O2 content of 10%–15% in the carrier gas Ar favors the growth of hematite rather than maghemite. The thickness of the thin films is position dependent due to the plasma reactor geometry. The growth rate can reach a very high value, up to 440 nm/min.

2020

Cold plasma processing of powdered Spirulina algae for spore inactivation and preservation of bioactive compounds
Article scientifique ArODES

Michael Beyrer, Maria Consuelo Pina-Perez, David Martinet, Wilfried Andlauer

Food Control,  2020, vol. 118. article no. 107378

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Résumé:

Technologies for controlling microbial risks in a heat and humidity sensitive food powder are still limited. To preserve bioactive compounds while inactivating Bacillus subtilis spores in powdered Spirulina microalgae (Arthrospira platensis) with a non-thermal atmospheric plasma is the challenge presented in this paper. Artificially contaminated powder was treated with a custom-made surface micro-discharge cold atmospheric pressure plasma (SMD-CAPP) at the effective, specific surface energy of the plasma (Es) of 7–15 mW/cm2. The inactivation of spores in air plasma was faster than in nitrogen plasma. The final effect after 5 min exposure time of close to 2 log10 reduction could be achieved with both plasma types but at different Es. Matrix effects resulted in bi-phasic inactivation kinetics, while single-phasic kinetics were observed for exposure without powder matrix. Chlorophyll-a, carotenoid, and phycobilin concentrations were more reduced by an exposure of the powder to an air plasma, compared to nitrogen plasma. Unexpectedly, the total phenolic content (TPC) increased by a factor of up to 2 at a nitrogen plasma treatment, while a decreasing TPC was observed with increasing plasma (or discharge) energy in an air plasma. Similar effects were identified for the Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC). The liberation of phenolic compounds from biopolymers and the decrease of scavenging compounds by the plasma treatment are supposed being responsible for simultaneous but opposite reactions influencing TPC and TEAC values. Furthermore, the scavenging capacity might reduce the inactivation of spores as observed with the nitrogen versus the air plasma. The failure of a higher spore inactivation relates to structure effects of the powder and improvements are supposed to be reached by a powder fluidization. The application of nitrogen plasma is preferred to that of air plasma for the decontamination of Spirulina powders when the preservation of bioactive compounds is the paramount objective.

Low-energy short-term cold atmospheric plasma :
Article scientifique ArODES
controlling the inactivation efficacy of bacterial spores in powders

Maria Consuelo Pina-Perez, David Martinet, C. Palacios-Gorba, Christoph Ellert, Michael Beyrer

Food Research International,  2020, vol. 130, article no. 108921

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Résumé:

The present research work aims to elucidate kinetics and mechanisms of the inactivation of Bacillus subtilis spores by a surface micro-discharge (SMD) - cold atmospheric pressure plasma (CAPP). Regarding industrial applications, the inactivation of spores was also studied for a static layer of a biopolymer powder or film, with an air plasma and at ambient pressure. Close to 4 log10 cycles of inactivation of Bacillus subtilis spores were achieved when exposing spores on flat glass to the SMD-CAPP. This effect can be reached at a very low plasma power density of 5 mW/cm2 in 7 min exposure time. The maximum inactivation level of spores drops when treating corn-starch powder to 2.6 log10 cycles at 7 mW/cm2 plasma power density for 5 min and with a polymer load of 5 mg/cm2. Similar is true for films produced with hydroxymethyl cellulose (HMC). The inactivation efficacy can be tuned and is a function of applied surface energy (product of the plasma power density and the exposure time) and the polymer load. Plasma diagnostics reveal the fundamental importance of reactive nitrogen species (RNS) in the inactivation. Etching of spore hull is supposed to be triggered by the plasma density, while UV-C and UV-B radiation do not contribute directly and significantly to the inactivation effect at least in a biopolymer matrix. Fluidization of a fixed powder layer is supposed to overcome limitations of the inactivation efficacy by reducing the diffusion distance of active plasma species between the source and the sample. The combination of low plasma power density with short treatment time is supposed to reduce the risk of the formation of side-products from the matrix.

Cold atmospheric plasma inactivation of microbial spores compared on reference surfaces and powder particles
Article scientifique ArODES

Michael Beyrer, Irina Smeu, David Martinet, Alan Howling, Maria Consuelo Pina-Perez, Christoph Ellert

Food and Bioprocess Technology,  2020, vol. 13, pp. 827-837

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Résumé:

Heat-resistant spores on a dry, heat- and water-sensitive food matrix are difficult to inactivate. Radioactive or X-ray exposure is allowed and accepted only for some selected commodities. Non-thermal atmospheric pressure plasma treatments could offer an efficient, fast, and chemical-free solution. The effectiveness of direct contact cold atmospheric plasma (CAP) generated by a dielectric barrier discharge (DBD) device and air as process gas was evaluated against spores of Bacillus spp., Geobacillus spp., and Penicillium spp. A maximum of 3 log10 cycles of inactivation was achieved for B. coagulans spores exposed for only 10 s at low surface energy of 0.18 W/cm2 determined directly at the electrodes. This corresponds to an initial decimal reduction time of D1 = 0.1 min. Spores of B. subtilis are the most resistant amongst the studied strains (D1 = 1.4 min). The determining parameter in the modeling of the inactivation curve is surface energy. Non-porous, native starch granules or shells from diatoms, a highly porous material, were also contaminated with spores and treated by DBD CAP. The inactivation level was significantly reduced by the presence of powders. Considering plasma diagnostics, it can be concluded that the spore shell is the primary and main target for a plasma-induced inactivation. The inactivation affect scales with surface energy and can be controlled directly via process time and/or discharge power.

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