Une méthode photonique à faible coût pour le suivi des processus de production impliquant des matières contaminantes en utilisant spectroscopie Raman à transformée de Fourier

A low-cost photonic method for monitoring different production processes involving contaminating materials using Fourier-Transform Raman spectroscopy

• Auteur / Autrice : Valentin Ortega Clavero
• Direction : Patrick Meyrueis, Werner Schröder
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentations et procédés photoniques
• Date : Soutenance le 11/07/2014
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Dan Silviu Curticapean
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Javahiraly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Herbert Schneckenburger, Guillermo Galaviz Yanez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes microélectromécaniques

Dispositifs optoélectroniques

Spectres

Substances dangereuses

Spectroscopie Raman

Fourier, Spectroscopie par transformée de

Mots clés libres

Raman à transformée de Fourier

Coût d'utilisation réduit

Procédés photoniques

Spectres

Mesure

FT-Raman spectroscopy

Low-cost device

Photon counting

Monitoring processes

Résumé

Dans ce travail de thèse, un spectromètre FT-Raman a été développé dans l'intention de mesurer les substances dangereuses de manière propre et durable permettant à l'utilisateur un cout d'utilisation réduit (approche low cost). Dans ce but, le système FT- Raman a été développé en utilisant une combinaison originale de composants conventionnels d'optoméchatronique avec laquelle nous proposons une méthode d'évaluation du spectre. Ce système FT-Raman proposé n'inclut aucun composants spécialisé coûteux et permet la détection de la diffusion Raman et le suivi du chemin optique. Le dispositif a été testé lors d'analyses d'une série de composants chimiques standards largement utilisés dans la spectroscopie Raman (certains d'entre eux sont connus pour leur impact négatif sur la santé et l'environnement). Les résultats du spectre obtenus avec notre dispositif ont confirmé les valeurs signalées par le spectre Raman standard. Une comparaison des spectres avec des appareils commercialisés mesurant le FT-Raman a été également faite, et les résultats indiquent que notre combinaison de composants conventionnels et l'application de notre méthode d'évaluation peuvent être utilisées dans certaines surveillances d'applications demandant un haut degré de précision et la résolution sans toutefois présenter la charge financière que l'achat d'un instrument classique de mesure pourrait représenter.

In this doctoral research project, a Fourier Trasform Raman spectrometer (FT-Raman spectrometer) instrument has been developed with the intention to perform the monitoring of certain materials having a contaminating and harmful nature, in a clean and sustainable manner, and without significantly affecting the financial aspect of the user (low-cost approach). For this purpose, the proposed FT-Raman system has been developed by using an original combination of conventional hardware (optomechatronics) parts and a method that we propose for spectral evaluations. In this FT-Raman system that we propose no specialized and costly hardware parts for optical path compensation, Raman scattering detection, optical path tracking, etc. have been used. The proposed FT-Raman device has been tested by analyzing a series of chemical components widely used in Raman spectroscopy as standard reference materials (some of them are also known due to their negative impact on health or on environment). The resulting spectra obtained using our proposed device have greatly agreed with the values of the standard Raman spectra. A comparison with spectral outputs from state-of-the-art FT-Raman devices has been also performed. These results indicate that our ``flexible" combination of conventional hardware parts and the applied evaluation method that we propose can be used in certain monitoring applications requiring a high degree of frequency accuracy and spectral resolution, without having the burden of a considerable expenditure that such a non-dispersive "classical" instrument might represent.