Spectrométrie laser avec sources moyen infrarouge largement accordables et application à la détection de gaz

par Laurent Bizet

Thèse de doctorat en CPI - Chimie et Physique de l’Ingénieur

Sous la direction de Virginie Zeninari et de Bertrand Parvitte.

Soutenue le 14-02-2019

à Reims , dans le cadre de SNI - Sciences du Numérique et de l'Ingénieur , en partenariat avec Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique (GSMA) (laboratoire) .

Le président du jury était Fabien Bretenaker.

Le jury était composé de Raphaël Vallon, Philippe Adam, Mathieu Carras.

Les rapporteurs étaient Patrick Crozet.


  • Résumé

    La détection de gaz est un domaine d’intérêt pour de nombreuses applications telles que la surveillance de la pollution atmosphérique, la détection d’explosifs, l’analyse des émissions respiratoire de patients, etc... La spectrométrie par lasers accordables permet la réalisation d’instruments compacts et bénéficiant de performances élevées (sélectivité, résolvance et résolution temporelle). Par ailleurs, l’utilisation de lasers à cascade quantique (QCL) permet d’accéder au moyen infrarouge (Mid-IR), où les raies d’absorption des molécules d’intérêt sont plus intenses, ce qui améliore la sensibilité des dispositifs. Les travaux de cette thèse ont porté sur le développement de dispositifs basés sur des QCL pour la détection de gaz. La première partie des travaux porte sur l’exploitation de nouvelles sources Mid-IR telles que les barrettes de QCL multiplexées et les barrettes de QCL cohérents. La seconde partie concerne le développement d’un dispositif intracavité sur lequel une technique de détection par mesure de la tension du laser a été validée. Cette technique possède l’avantage de ne pas nécessiter de détecteur optique et de fonctionner quelle que soit la longueur d’onde du laser.

  • Titre traduit

    Laser spectrometry with widely tunable mid-infrared sources and application to gas detection


  • Résumé

    The field of gas detection is interesting for many applications such as monitoring of air pollution, explosives detection, breath analysis, etc. Tunable laser spectrometry allows to create compact instruments with high performances (selectivity, spectral and temporal resolution). Mid-Infrared (Mid-IR) region can be accessed with the use of Quantum Cascade Laser (QCL). In this region, absorption lines of the molecules of interest are more intense, which improves the devices sensitivity. The work presented in this thesis is focused on the development of QCL-based gas detection devices. First part presents the use of new Mid-IR sources such as multiplexed QCL array and coherent QCL array. Second part is focused on the development of an intracavity setup and a detection technique based on the QCL voltage measurement. This technique does not need the use of an optical detector and can be performed whatever the laser wavelength.


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