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RÉSUMÉ
Cet article, dédié à la spectroscopie de diffusion Raman appliquée aux conditions extrêmes, présente un état de l'art de l'instrumentation et de la méthodologie Raman via le détail des dernières évolutions technologiques. Sont abordées également les difficultés rencontrées liées aux conditions extrêmes. Des exemples d'applications aux milieux hostiles (relaxation structurale de la silice pendant le recuit, suivi in situ de l'altération du dioxyde d'uranium sous radiolyse) viennent ensuite en illustration.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Aurélien CANIZARES : Ingénieur en développements spectroscopiques Laboratoire CEMHTI (Conditions extrêmes et matériaux : haute température et irradiation), UPR3079 CNRS
-
Patrick SIMON : Directeur de recherche Laboratoire CEMHTI UPR3079 CNRS
-
Guillaume GUIMBRETIERE : Chargé de recherche Laboratoire CEMHTI UPR3079 CNRS
INTRODUCTION
Domaine : techniques d'analyse
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Spectroscopie de diffusion Raman, accélérateur de particules, cyclotron
Domaines d'application : matériaux, nucléaire, géologie, hautes températures
Principaux acteurs français :
Industriels : Renishaw, Horiba Jobin Yvon, Andor Technology, Bruker Corp., Jasco, Thermo Scientific, BW Tech, BaySpec, Kaiser Optical System
Autres acteurs dans le monde :
Contact : [email protected]
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Instrumentation Raman : un état de l'artArticle inclus dans l'offre
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1. Contexte
La recherche de nouveaux matériaux a toujours été au cœur de l'activité de l'homme. Dans un premier temps destinée à satisfaire ses besoins primaires, la maîtrise de nouveaux matériaux a permis de concevoir des outils de plus en plus complexes, jusqu'à servir de support à la révolution industrielle au XIXe siècle, et aux révolutions technologiques (microélectronique…) du XXe siècle.
Un matériau, qu'il soit naturel ou élaboré par l'homme, est sélectionné pour ses propriétés afin d'entrer dans la conception d'objets plus ou moins complexes. Que l'on s'intéresse à ses caractéristiques mécaniques, thermiques, électriques, magnétiques, optiques, ou chimiques, la connaissance de la structure atomique du matériau est la clef de la compréhension de ses propriétés macroscopiques.
L'utilisation de méthodes de caractérisations complémentaires permet de remonter à l'organisation atomique d'un matériau, afin de pouvoir relier propriétés macroscopiques et organisation microscopique. De nombreuses techniques donnent accès à des informations structurales soit locales, comme les spectroscopies RMN, soit plus globales comme la diffusion des rayons X et des neutrons, ou encore les spectroscopies vibrationnelles (Brillouin, infrarouge ou Raman).
La connaissance de l'évolution des propriétés des matériaux en conditions d'usage permet de prévoir leur évolution dans le temps, notamment lorsqu'ils sont exposés à des environnements sévères. Afin d'assurer une sécurité de fonctionnement de systèmes – qui peut être cruciale dans certains cas (réacteurs nucléaires, procédés chimiques…) – ou de garantir une qualité de fabrication optimale d'un produit (cimenteries, industrie verrière, aciéries, barrières thermiques ou radioprotection), il est indispensable de prévoir le comportement des matériaux lorsqu'ils sont soumis à des conditions hostiles, telles que température ou irradiation dans les exemples précédents.
La spectroscopie de diffusion Raman, méthode optique basée sur l'interaction lumière/matière, est particulièrement bien adaptée au suivi des propriétés de matériaux en conditions extrêmes. L'utilisation de lumière visible (ou proche du visible) offre en effet l'avantage de pouvoir déporter la sonde d'excitation/collection via un jeu de fibres optiques, et ainsi de ne laisser en zone hostile que le minimum...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CANIZARÈS (A.) - Développements instrumentaux en spectroscopie Raman appliqués aux mesures en conditions extrêmes. - In physique 2011, Université d"Orléans, Orléans. p. 241 (2011).
-
(2) - SIMON (P.), MOULIN (B.), BUIXADERAS (E.), RAIMBOUX (N.), HERAULT (E.), CHAZALLON (B.), CATTEY (H.), MAGNERON (N.), OSWALT (J.), HOCRELLE (D.) - High temperatures and Raman scattering through pulsed spectroscopy and CCD detection. - Journal of Raman Spectroscopy, 34(7-8), p. 497-504 (2003).
-
(3) - YASHIMA (M.), KAKIHANA (M.), SHIMIDZU (R.), FUJIMORI (H.), YOSHIMURA (M.) - Ultraviolet 363.8-nm Raman spectroscopic system for in situ measurements at high temperatures. - Applied Spectroscopy, 51(8), p. 1224-1228 (1997).
-
(4) - FUJIMORI (H.), KOMATSU (H.), IOKU (K.), GOTO (S.), YOSHIMURA (M.) - Anharmonic lattice mode of Ca2SiO4 : Ultraviolet laser Raman spectroscopy at high temperatures. - Physical Review B, 66(6) (2002).
-
(5) - ZOUBOULIS (E.), RENUSCH (D.), GRIMSDITCH (M.) - Advantages of ultraviolet Raman scattering for high temperature investigations. - Applied...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Wix (Renishaw) http://www.renishaw.com
LabSpec (Houba Jobin Yvon) http://www.houba.com
WIT ec Project (WITec) http://www.witec.de
Matlab (Mathworks) http://www.mathworks.fr
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