La spectroscopie de plasma induit par laser ou LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) appliquée à l’analyse de surfaces contaminées par des toxiques liquides

Application of laser-induced breakdown spectroscopy to the analysis of liquid toxics-contaminated surfaces

• Auteur / Autrice : Céline Bernon
• Direction : Patrick Juncar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Nanosciences et Métrologie
• Date : Soutenance le 19/12/2013
• Etablissement(s) : Paris, CNAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Abbé Grégoire (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire commun de métrologie LNE-Cnam (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Marc Himbert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Juncar, Marc Himbert, Josh Silver, Antonello De Martino, Florence Jolly, Alain Louvet, François Lepoutre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Josh Silver, Antonello De Martino

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie laser

Spectroscopie des plasmas

Mots clés libres

LIBS

Laser

Plasma thermique

Détection

Spectroscopie

Double-impulsion

Agents réels

LIBS

Laser

Thermal plasma

Detection

Spectroscopy

Double-pulse

Live agents

Résumé

La spectroscopie de plasma induit par laser ou LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)est aujourd’hui utilisée dans de nombreux secteurs d’activités du fait des atouts qu’ellepossède. Cette technologie permet de caractériser la composition élémentaired’échantillons quel que soit leur phase (gaz, solide et liquide), rapidement (10-6s), de façon insitu et sans contact, et à pression et température ambiantes. Ces caractéristiques présententun intérêt pour des applications militaires de détection de traces d’agents chimiquescontaminant une surface. L’objectif de cette étude est d’étudier le potentiel de cettetechnologie afin de détecter les espèces chimiques présentes dans les agents réels, tels quele phosphore, le fluor, le chlore et le soufre sur des surfaces d’échantillons polluésreprésentatifs de milieux opérationnels. Pour améliorer les performances analytiques de latechnique LIBS classique à simple impulsion, la configuration double impulsion estdéveloppée et comparée à la méthode simple impulsion. Son principe repose sur l’envoisuccessif de deux impulsions laser résolues générant au point focal un plasma thermique serelaxant in fine en émettant des raies spécifiques de la composition élémentaire. Les gainsanalytiques, ainsi que les limites de détection sont évalués pour plusieurs typesd’échantillons représentatifs. Une comparaison avec les seuils de détection attendus estétablie.

Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) is currently used in many fields of activity,thanks to its numerous uses. This technology allows fast measurement (10-6 s), with in situconfiguration, at ambient pressure and temperature, of different samples in gaseous, liquidor solid phase. These performances present a high interest for military applications to detectchemical agent traces on surfaces. The aim of this study is to investigate the potential of thistechnology in the detection of specific chemical atoms of live agents such as phosphorus,fluorine, chlorine, and sulfur on the surface of contaminated samples representing thetheatre. In order to improve the analytical performances of classical technical LIBS of singlepulse, a double pulse method was developed and compared to single pulse method. Itsprinciple is based on the emission of two successive laser impulsions resolved in space andtime, generating in the focal point thermal plasma which relaxes in fine emitting specificradiation of the elementary composition. The analytical gains, as for detection thresholdsare evaluated for each type of samples. A comparison of the detection thresholds isestablished.