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Article

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

Techniques de spectroscopie laser
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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3. Techniques de spectroscopie laser

En spectroscopie d’absorption, on dénombre les photons pour chaque longueur d’onde, avant et après la traversée du milieu à analyser. On a souvent recours à des sources laser pour leurs qualités d’intensité, de finesse de raie, de cohérence, de directivité et de focalisabilité.

3.1 Techniques fondées sur la diffusion, Rayleigh, Mie, Raman

Les mesures de diffusion tirent un bon profit du laser car leurs sections efficaces sont faibles en général (tableau 5). Les mécanismes de transitions sont résumés sur la figure 18.

Ces techniques de diffusion sont très utilisées en analyse de milieux complexes (liquides-solides-gaz) comme des tissus biologiques à l’aide de montages de microscopie confocale (figure 19). Elles sont également très utiles pour les études LIDAR (voir § 4.3) qui permettent de sonder les couches de l’atmosphère (température, pression, etc.) sur une épaisseur de 0 à 100 km.

La spectroscopie Raman est la plus riche pour l’analyse chimique car les photons diffusés contiennent des informations moléculaires, notamment sur les vibrations moléculaires dans les différents milieux. Leur énergie diffère de celle du laser excitateur d’un quantum de vibration, ou de rotation pour les molécules gazeuses. Les systèmes d’analyse vont de la microsonde (figure 19) aux systèmes de spectroscopie Raman télescopique de mesure à distance (≈ 10 m), pouvant faire partie d’une expédition motorisée d’analyse de matériaux lors d’une future mission sur la planète Mars ...

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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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