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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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Aurélien CANIZARES : Ingénieur en développements spectroscopiques Laboratoire CEMHTI (Conditions extrêmes et matériaux : haute température et irradiation), UPR3079 CNRS
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Patrick SIMON : Directeur de recherche Laboratoire CEMHTI UPR3079 CNRS
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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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4. Perspectives et évolutions
La spectroscopie de diffusion Raman, depuis bientôt un siècle, s'appuie sur les évolutions techniques et méthodologiques afin de proposer des solutions d'analyse et de caractérisation de plus en plus performantes. Dans ses premières années réservées à l'utilisation exclusive d'une poignée de physiciens du solide, la méthode s'est ouverte aux différents domaines de recherche, puis aujourd'hui s'implante sur les chaînes de production ou les laboratoires de contrôle qualité des entreprises.
Les sondes déportées par fibres optiques permettent d'adapter la spectroscopie Raman aux mesures en conditions hostiles, de haute température, haute pression ou d'irradiation. Les solutions portables actuelles permettent d'atteindre un rapport signal sur bruit en conditions extrêmes comparable à celui obtenu en laboratoire. Les méthodes de spectroscopie Raman adaptée aux hautes températures permettent aujourd'hui de caractériser des matériaux dont la température dépasse les 2 000 oC.
L'intérêt majeur que représente la possibilité de suivre in situ l'évolution des structures en conditions extrêmes n'est évidemment pas limité aux matériaux dits « pour le nucléaire », choisi ici pour illustrer les potentialités de ces méthodes. Les études géologiques de terrain (volcanologie), de recuit, synthèse ou oxydations à haute température sont autant de domaines d'applications de la technique. De plus, tout processus industriel basé sur une élaboration à haute température, tel que l'industrie métallurgique, verrière, céramique, est intéressé par la connaissance des cinétiques de transformation physico-chimique ou le suivi in situ des étapes de fabrication. La spectroscopie Raman s'applique particulièrement bien aux industries de pointe reliées à la problématique de l'environnement et de l'énergétique, et permet de mieux comprendre l'élaboration et le comportement des matériaux pour la construction de bâtiments à haute qualité environnementale, des sources, éléments de stockage et produits de transport de l'énergie.
Remerciements pour avoir participé aux différents travaux : Yeny Tobon Correa, Nicole Raimboux, Maggy Dutreilh-Colas, Michel Perdicakis, Catherine Corbel, Marie-France Barthe, Florian Duval.
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BIBLIOGRAPHIE
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(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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