Detection photoacoustique. Applications a l'etude de composes gazeux d'interet atmospherique

• Auteur / Autrice : Virginie Zéninari
• Direction : Daniel Courtois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Reims

Résumé

L'effet photoacoustique (pa) en milieu gazeux est lie a la variation de pression qui apparait, a volume constant, lorsque les molecules absorbent de l'energie lumineuse, et se desexcitent par un processus non-radiatif. Cet effet possede deux applications principales : - le suivi du processus de desexcitation, en particulier par la mesure du dephasage du signal pa par rapport a l'excitation lumineuse periodique ; - la detection de gaz en faible concentration, le signal pa etant directement proportionnel a l'energie absorbee, et donc aussi a la concentration du gaz dans le cas des faibles absorptions. La premiere application developpee concerne l'etude de la cinetique d'une molecule d'interet atmospherique : l'ozone. Les molecules sont excitees dans l'etat (001) par un laser co 2 emettant a 9,6 micrometres. La technique experimentale developpee a permis d'etudier la desexcitation vibrationnelle de l'ozone, pur ou en melange avec o 2, n 2, et les principaux gaz rares he, ne, ar, kr, xe. Un modele theorique a trois niveaux et un programme d'ajustement par moindres carres ont permis d'obtenir, avec succes, les constantes de relaxation de l'ozone pur et en melange. On a pu conclure que la desexcitation par l'intermediaire de l'etat (010) est preponderante. La deuxieme application a consiste a realiser un montage original permettant la detection de traces de gaz dans un echantillon a pression atmospherique. Nous avons concu une cuve resonnante sur le modele de helmholtz. La frequence de resonance et le facteur de qualite du systeme acoustique ont ete etudies en utilisant l'analogie electrique des circuits rlc. L'instrument realise a ete caracterise avec un laser co 2 et le gaz ethylene. Cette cuve associee a une diode laser emettant a 1,6 micrometres a permis de montrer la faisabilite de la detection du methane. On a obtenu pour le methane une limite de detection de 300 ppm qui est liee a la faible puissance du laser : 0,2 mw.