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1 - NOTIONS DE BASE SUR LES LASERS

2 - TECHNIQUES DE MISE EN ŒUVRE DES LASERS

3 - TECHNIQUES DE SPECTROSCOPIE LASER

4 - APPLICATIONS EN ANALYSE DANS L’ENVIRONNEMENT ET LE LABORATOIRE

5 - CONCLUSIONS

Article de référence | Réf : P2685 v3

Applications en analyse dans l’environnement et le laboratoire
Spectrométries laser en analyse et caractérisation

Auteur(s) : Sylvain LAZARE, Éric MOTTAY

Date de publication : 10 juin 2007

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RÉSUMÉ

Les sources laser, bien connues maintenant du grand public, sont grandement utilisées pour tenter de répondre aux problèmes d'analyse de la matière. Longueur d'onde, cohérence, durée d'impulsion, puissance, sont les paramètres qui caractérisent ces sources et leur permettent de sonder à distance le milieu, et cela avec une grande résolution spatiale. Des éléments leur sont toutefois indispensables, les optiques et les détecteurs, et bien sûr l'informatique pour la gestion des mesures et l'interprétation des résultats. En progrès constant, les techniques laser se developpent grâce à une technologie de plus en plus sophistiquée.

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Auteur(s)

  • Sylvain LAZARE : Directeur de Recherche, Institut des Sciences Moléculaires (ISM), UMR 5255 du CNRS, Université de Bordeaux 1

  • Éric MOTTAY : Ingénieur et Directeur de la Société Amplitude Systèmes

INTRODUCTION

Les sources laser sont maintenant une réalité quotidienne du domaine grand public et tiennent une place de plus en plus importante en ce qui concerne les problèmes d’analyse de la matière, reliés ou non aux grandes interrogations scientifiques de notre temps. Les paramètres déterminants des lasers sont la longueur d’onde, la cohérence ou la directivité, la durée d’impulsion, l’intensité et la puissance. Il y a dans le concept d’utilisation d’un laser, les notions de sonder le milieu à distance, de le sonder de façon ultrarapide ou encore avec une grande résolution spatiale. À la source laser, il faut joindre des éléments indispensables dans les systèmes d’analyse, à savoir les optiques et les détecteurs. Il est aussi important de bien réaliser le rôle grandissant joué par l’informatique capable de gérer les mesures et d’interpréter les résultats en un temps de plus en plus court. Les progrès des concepts dont découle ce type d’instrumentation sont constants, grâce à une technologie de plus en plus sophistiquée et performante, et nous permettent de mieux appréhender les différents problèmes analytiques des sciences modernes. Ils contribuent au développement d’une meilleure vision, toujours plus rapide et plus large du monde, grâce au progrès scientifique. Nous allons énumérer et introduire les différentes techniques couramment utilisées, en essayant d’en illustrer les applications importantes. Nous incitons le lecteur à compléter son information par une recherche bibliographique plus large en s’aidant de celle de ce dossier qui a été conçue pour mettre en place les principaux mots-clés du domaine.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-p2685


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4. Applications en analyse dans l’environnement et le laboratoire

Les techniques laser réunissent des qualités très attractives pour les approches d’analyse, comme la sensibilité, la résolution (spatiale, temporelle et spectrale), la rapidité, avec l’aptitude de sonder à distance. En particulier, les besoins de connaissances et de surveillance de l’environnement bénéficient de leurs développements.

4.1 Analyses de traces, analyses localisées, tomographie fs ICP-MS

La tomographie par sonde atomique 3D permet la reconstitution en trois dimensions de la composition atomique d’un échantillon de faible volume, avec une très haute résolution . Dans le domaine de la métallurgie, elle permet d’analyser la composition atomique d’un alliage, en trois dimensions et avec une résolution quasi-atomique. Dans le domaine de la nano-électronique, il est important d’analyser la composition d’un semi-conducteur avec une résolution sub-nanométrique. Dans cette technique, une pointe échantillon soumise à une haute tension voit ses atomes individuels s’évaporer. La haute tension comporte une composante continue et impulsionnelle. Le rayon de courbure de la pointe est typiquement compris entre 30 et 100 nm. Un système de détection temporel (mesure du temps de vol) et spatial permet par projection inverse de remonter à la composition 3D de l’échantillon. L’utilisation d’une haute tension électrique restreint cependant la technique à l’analyse de matériaux électriquement conducteurs. Par ailleurs, l’imprécision sur l’énergie des ions émis sous l’effet de la haute tension dégrade le pouvoir de résolution de l’instrument. Enfin, l’application d’une impulsion de tension élevée créée sur la pointe des contraintes mécaniques, pouvant aller jusqu’à la rupture, et rendant l’analyse de matériaux fragiles difficile, voire impossible.

L’utilisation d’une source laser femtoseconde pour réaliser l’ablation, atome par atome, conduit à une excellente résolution et stabilité, et est applicable à des matériaux non métalliques, tels que les semi-conducteurs.

La figure ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - RULLIÈRE (C.) -   Femtosecond Laser Pulses : Principles and Experiments.  -  (Ed.) Springer (1998).

  • (2) - MAIMAN (T.H.) -   *  -  Nature, 187, 493 (1960).

  • (3) - KOECHNER (W.) -   Solid State Laser Engineering.  -  Springer (1999).

  • (4) - FLEUROT (N.), CAVAILLER (C.), BOURGADE (J.L.) -   *  -  Fusion Eng. Des., 74, 147-154 (2005).

  • (5) - CAVAILLER (C.), FLEUROT (N.), LONJARET (T.), DI-NICOLA (J.M.) -   *  -  Plasma Phys. Control. Fusion, 46 B, 135-141 (2004).

  • (6) - DRUON (F.), BALEMBOIS (F.), GEORGES (P.) -   *  -  Ann. Chim. Sci. Mat., 28, 47-72 (2003).

  • (7) - PAUL (P.M.), TOMA (E.S.), BERGER (P.),...

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