Approche analytique de la LIBS appliquée à la recherche sur les verres du patrimoine.

Analytical approach to LIBS applied to heritage glass research.

• Auteur / Autrice : Robin Flaugere
• Direction : Stéphane Pellerin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2019
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....)

Mots clés

Mots clés libres

Spectroscopie Optique d'Emission

Diffusion Thomson

Ablation laser

LIBS auto-calibrée

Plasma transitoire

Verres synthétiques

Optical emission spectroscopy

Thomson scattering

Laser ablation

Calibration-free LIBS

Transient plasma

Laboratory-made glass

Résumé

Une analyse LIBS quantitative fiable requiert généralement des étalonnages, qui ne sont pas toujours réalisables sur les matériaux considérés et dans des conditions d'environnement similaires, L'approche choisie pour lever ce problème consistera à choisir des matériaux simulant les objets étudiés, notamment ici des verres du patrimoine, puis mettre en place une démarche de transfert d'étalonnage afin de surmonter notamment les effets de matrice, d'environnement et de conditions d'enregistrement qui surviennent immanquablement. Dans ce cadre, il s'agira de réaliser une étude systématique des paramètres impactant le signal LIBS obtenu sur des verres modèles. L'adjonction dans la matrice (Si+O) d'éléments choisis (métaux,...) permettra d'observer les raies spectrales correspondantes et de corréler leur évolution aux conditions des mesures. Le diagnostic du plasma, réalisé simultanément par spectroscopie d'émission et diagnostics laser (diffusion Thomson et Fluorescence induite par laser), sera corrélé à la modélisation de la luminance spectrale du plasma d'ablation laser sous hypothèse d'équilibre thermodynamique local, dans le but de pouvoir réaliser des mesures quantitatives 'autocalibrées' sur un matériau à partir d'une étude préalable réalisée sur un autre matériau. une attention particulière sera portée à la détermination des caractéristiques spectrales (élargissement Stark, probabilité de transition) d'éléments d'intérêt pour un diagnostic précis des plasmas de LIBS. A termes, la méthode développée sera utilisée pour prédire à partir de l'enregistrement du signal LIBS, les caractéristiques physico-chimique de verres du patrimoine.

A reliable quantitative LIBS analysis usually requires calibrations, which are not always possible on the materials under consideration and under similar environmental conditions. The approach chosen to overcome this problem will consist of choosing materials simulating the objects studied - in particular here heritage glasses - and then implementing a calibration transfer process in order to overcome, in particular, matrix effects, environment and recording conditions impacts that occur. In this context, it will be necessary to carry out a systematic study of the parameters impacting the LIBS signal obtained on model glasses. The addition in the matrix (Si + O) of selected elements (metals,...) will allow to observe the corresponding spectral lines and correlate their evolution in the measurement conditions. Particular attention will be paid to the determination of the spectral lines characteristics (Stark broadening, transition probability) of elements of interest for precise diagnosis of LIBS plasmas. The diagnosis of the plasma, made simultaneously by emission spectroscopy and laser diagnostics (Thomson scattering and laser-induced fluorescence), will be correlated to spectral luminance of the laser ablation plasma, simulated under the hypothesis of local thermodynamic equilibrium. The goal is to be able to perform 'self-calibrated' quantitative measurements on a material from a previous study on another material. Particular attention will be paid to the determination of the spectral lines characteristics (Stark broadening, transition probability) of elements of interest for a precise diagnostics of LIBS plasmas. In a nutshell, the developed method will be used to predict from the LIBS signal recording, the physicochemical characteristics of heritage glasses.