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RÉSUMÉ
Dans la perspective de l'analyse chimique et du diagnostic, le laser constitue un outil privilégié, permettant d'effectuer des opérations de détection et d'identification dans des conditions d'environnement très variées. Les avantages pratiques des mesures par techniques lasers sont principalement l'analyse in situ et sans prélèvement ni contact, la rapidité d'acquisition des informations et l'utilisation pour des analyses locales ou à distance. Les performances de la spectrométrie plasma induite par laser sont présentées et illustrées par des exemples pratiques et des résultats expérimentaux.
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Philippe ADAM : DGA/DS/MRIS, Bagneux
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Nicolas LEONE : DGA/DT/DGA MN, Vert le Petit
INTRODUCTION
Dans la perspective de l'analyse chimique et du diagnostic, le laser constitue un outil privilégié, permettant d'effectuer des opérations de détection et d'identification dans des conditions d'environnement très variées. Parmi les avantages pratiques des mesures par techniques lasers : l'analyse in situ et sans prélèvement ni contact, la rapidité d'acquisition des informations et l'utilisation pour des analyses locales ou à distance.
Dans cet article, nous illustrerons par des exemples pratiques les performances de la spectrométrie plasma induite par laser (Laser Induced Breakdown Spectroscopy – LIBS). Après avoir présenté les principes et les performances (calibrage, analyse qualitative et/ou quantitative) de cette technique, nous rapporterons des résultats expérimentaux dans des domaines variés tels que la détection et l'identification des aérosols chimiques ou le diagnostic bactérien.
Cet article est extrait de la revue « Annales des falsifications, de l'expertise chimique et toxicologique » no 977 éditée par la SECF (Société des experts chimistes de France).
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MOTS-CLÉS
applications laser aérosol chimique aérosol bactérien chimie biologie spectroscopie plasma analyse en composantes principales
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3. Applications de la LIBS
3.1 Considérations sur les aspects traitement
Le signal acquis est un ensemble de valeurs numériques issu du système d'acquisition. Un système LIBS fournit couramment 25 000 points spectraux à chaque tir, c'est-à-dire 10 à 20 fois par seconde. Les codages standards étant sur 16 bits, on imagine aisément la quantité de données acquises et à traiter, peut-être même en temps réel suivant les applications. Il existe des techniques de réduction de ce nombre de données, telles que les moyennes temporelles, spatiales ou spectrales (par bandes bien choisies). Elles ne sont malheureusement pas utilisables quelle que soit l'application.
Afin de gérer ce problème particulier, une approche systématique doit être adoptée pour caractériser les signaux et extraire les données utiles :
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identification de l'origine intrinsèque des signaux et des bruits présents ;
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filtration numérique pour dégager les informations pertinentes par rapport au problème posé ;
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définition des meilleurs estimateurs pour atteindre les spécifications initiales.
Ces tâches doivent être menées avec les outils appropriés : c'est une expertise en soi qui peut nécessiter des études préalables. À partir de ces données pertinentes, on peut ensuite développer les algorithmes pour atteindre les performances désirées, telles que la sensibilité, la sélectivité, le temps de réponse, etc. Parmi les outils couramment utilisés pour réaliser de tels traitements, on peut citer :
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l'analyse multivariée issue des développements en chimiométrie telles que l'analyse en composantes principales (ACP ou PCA), l'analyse PLS (Partial Least Square ) et l'analyse factorielle des correspondances (CFA) ;
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l'analyse SVM (Support Vector Machine ), les réseaux neuronaux, la logique floue, etc.
Dans l'optique des applications de maîtrise et diagnostic « temps réel » de l'environnement, ces développements doivent conduire à la définition de règles de prise de décision automatique, reposant sur des critères pertinents et fiables pour le déclenchement d'alerte, par exemple en cas de contamination chimique due à un accident industriel ou à un acte malveillant ou terroriste.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRECH (F.), CROSS (L.) - Optical microemission stimulated by a ruby maser. - Applied Spectroscopy, 16, p. 59 (1962).
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(2) - DEBRAS-GUÉDON (J.), LIODEC (N.) - De l'utilisation du faisceau d'un amplificateur à ondes lumineuses par émission induites de rayonnement (laser à rubis), comme source énergétique pour l'excitation des spectres d'émission des éléments. - C.R. Acad. Sci., 257, p. 3336 (1963).
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(3) - CREMERS (D.A.), RADZIEMSKI (L.J.) - Handbook of laser-induced breakdown spectroscopy. - Éd. John Wiley & Sons, Chichester (2006).
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(4) - LEONE (N.) - Développement d'une technique d'analyse hautement sensible et polyvalente par spectroscopie de plasma induit par laser : applications aux aérosolset aux matériaux biologiques. - Thèse de doctorat de l'Université Pierre et Marie Curie, Paris 6, 5 juil. 2007.
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(5) - GOTTFRIED (J.L.), DELUCIA (F.C.Jr.), MIZIOLEK (A.W.) - Discrimination of explosive residues on organic and inorganic substrates using laser-induced breakdown spectroscopy. - J....
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