Thèse soutenue

Caractérisation de l'interaction d' aérosols avec un plasma induit par laser : application à la métrologie de nanoparticules manufacturées

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Auteur / Autrice : Tanguy Amodeo
Direction : Christian Masquelier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences. Physique. Optique et photonique
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Amiens

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Depuis plusieurs années, les industries concernées par la production et l’utilisation de nanoparticules manufacturées sont en plein essor. De telles activités peuvent présenter des risques, accidentels ou chroniques, liés notamment à l’exposition des personnels aux nanoparticules. Dans ce contexte, il devient nécessaire de disposer de moyens de mesure adaptés à ces polluants émergents. Ainsi, l’utilisation d’une technique de mesure basée sur la spectroscopie de plasma induit par laser a été proposée. En effet, la technique LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) permet de réaliser des mesures en temps réel, in situ et sans étape de prélèvement. Ce travail de thèse avait pour objectif de caractériser l’interaction des particules avec un plasma induit par laser puis, d’évaluer la pertinence de cette approche pour la détection de nanoparticules manufacturées. Des expériences de spectroscopie d’émission ont permis d’étudier l’influence de nombreux paramètres sur le signal LIBS (eg la taille, la concentration et la nature chimique des particules, le gaz environnant, l’énergie et la longueur d’onde du laser). Couplées à des études d’imagerie spectrale, ces expériences ont permis de mieux comprendre les processus physiques ayant lieu au sein du plasma comme la vaporisation et la répartition de la matière. Ainsi, l’indépendance de la réponse analytique en fonction de la taille des particules, dans une gamme de taille s’échelonnant de 40 nm à 1 μm, a été démontrée. Ces études ont également mis en avant les mécanismes physiques jouant un rôle dans la cinétique du rayonnement d’émission atomique. Elles ont montré également que l’augmentation de la concentration de nanoparticules influence certains paramètres physiques du plasma tels que sa forme, sa température et sa densité électronique. Enfin, les limites de détection de la méthode ont été évaluées et comparées aux valeurs réglementaires d’exposition des travailleurs. Par ailleurs, en se basant sur ces études, des expériences LIBS ont été menées au sein d’un procédé de fabrication préindustriel de nanopoudres de Carbure de Silice. Les résultats ont montré que la technique LIBS est capable de mesurer in situ et en temps réel l’évolution des rapports atomiques (Si/C) produits. Ainsi, ce travail a permis de confirmer la pertinence de l’utilisation de la technique LIBS pour la sécurisation des procédés de production de nanoparticules ; d’une part comme moyen de détection de leur présence en ambiance de travail et, d’autre part, comme outil de surveillance de la composition atomique des nanomatériaux produits.