Développement et étude de la réponse instrumentale d'un imageur hyperspectral large bande (UV-Visible-NIR) permettant la caractérisation physico-chimique de contaminants sur surfaces sensibles d’engins orbitaux

Development and study of the instrumental response of a broadband hyperspectral imager (UV-Visible-NIR) for the physico-chemical characterization of contaminants on sensitive surfaces of orbital vehicles

• Auteur / Autrice : Emmanuel Gouisset
• Direction : Philippe Walter, Fulvio Infante
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie
• Date : Soutenance le 29/06/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'archéologie moléculaire et structurale (Paris ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Maguy Jaber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carole Bresson, Philippe Perdu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés physico-chimiques

Résines époxydes

Spectroscopie de fluorescence

Appareils et matériel

Imagerie hyperspectrale

Mots clés libres

Imagerie hyperspectrale large bande

Caractérisation physico-chimique par fluorescence

Contamination moléculaire

Broadband hyperspectral imaging

Physico-chemical characterization by fluorescence

Molecular contamination

Résumé

Dans le domaine de l’analyse de défaillance et plus particulièrement la contamination moléculaire et particulaire, il est crucial de pouvoir détecter toute trace de contaminants durant l’intégration d’un engin orbital. Dans ce contexte, la fluorescence permet non seulement de détecter mais aussi de discriminer les contaminants. Pour ce projet, nous avons donc développé un instrument hyperspectral large-bande (UV-Vis-NIR) de 330 à 1000 nm pour pouvoir détecter un large panel de contaminants. Il s’agit d’un montage catoptrique permettant de s’affranchir des aberrations chromatiques. Il présente un champ de vue de 3,5° pour une résolution angulaire de 25 secondes d’arc. Il a été conçu pour être portable et son ensemble mécanique figé permet un alignement optique simple à mettre en œuvre et une réalisation rapide des fichiers de calibration entre deux scènes. Nous avons mesuré une résolution spectrale de 1 nm dans l’UV, 2 à 3 nm dans le visible et 5 nm dans le NIR. Cela nous a permis d’étudier la réponse en fluorescence de deux colles époxy, sources typiques de la contamination d’engin orbital et de la comparer avec une mesure obtenue avec un instrument commercial. Ces mesures nous ont permis d’évaluer les performances de notre instrument et d’identifier des perspectives d’amélioration, notamment en termes de sensibilité dans les UV.

In the field of failure analysis and in particular molecular and particulate contamination, being able to detect any trace of contaminants during the integration of an orbital spacecraft is crucial. In this context, fluorescence allows not only to detect but also to discriminate contaminants. For this project, we have therefore developed a broadband hyperspectral instrument (UV-Vis-NIR) from 330 to 1000 nm to be able to detect a wide range of contaminants. It is a catoptric assembly that eliminates chromatic aberrations. The field of view is 3.5° for an angular resolution of 25 arc seconds. It was designed to be portable and its fixed mechanical assembly allows easy optical alignment and rapid creation of calibration files between two scenes. We measured a spectral resolution of 1 nm in the UV range, 2 to 3 nm in the visible range and 5 nm in the NIR range. This allowed us to study the fluorescence response of two epoxy glues, typical sources of orbital spacecraft contamination, and to compare it with a measurement obtained with a commercial instrument. These measurements allowed us to evaluate the performance of our instrument and identify prospects of improvement, especially in terms of sensitivity in UV range.