Le plasma idéal, un nouvel atout pour la spectrométrie
Publié par Redbran le 16/03/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
Les sources de rayonnement idéales sont très recherchées en spectroscopie: leur rayonnement est maîtrisé au point de suivre des modèles simples basés sur les lois statistiques d'équilibre. Des chercheurs du laboratoire Lasers, plasmas et procédés photoniques, du NILPRP1 (Roumanie), de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) allemande de Wildau (Allemagne) et de l'université de Belgrade (Serbie) ont ainsi développé une source plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant qu'elles ne...) idéale. Ces travaux sont publiés dans la revue Physical Review E.

Un plasma présente généralement des gradients de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) et de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) qui complexifient l'analyse de son rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.). Une analyse spectrométrique du plasma nécessite alors un étalonnage. Si l'on souhaite par exemple mesurer par LIBS2 la concentration de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) dans un acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie...), il est nécessaire d'établir au préalable une courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des courbes.) d'étalonnage à partir d'échantillons d'acier comportant différentes concentrations connues de carbone.


© LP3
Présentation schématique du plasma produit par ablation laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) et spectre d'émission du plasma caractérisé par la saturation des transitions atomiques à la luminance (En physique, la luminance est l'intensité d'une source de lumière visible dans une direction donnée, divisée par l'aire apparente de cette source dans cette même direction.) spectrale du corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. En pratique, un tel objet...): illustration d'une source de rayonnement uniforme et en équilibre thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition est aussi la...) local.

Des chercheurs du laboratoire Lasers, plasmas et procédés photoniques (LP3, CNRS/Aix Marseille Université), ainsi que de Roumanie, d'Allemagne et de Serbie, ont malgré tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) présenté un plasma qui se comporte comme une source idéale. Dans un plasma obtenu par ablation laser d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...) solide dans un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend...) inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.), la densité initiale très élevée permet d'atteindre plus vite l'équilibre thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant...), la thermalisation, et de ralentir la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de « vaporisation »...) du plasma, son expansion, tandis que l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) de gaz inerte minimise les échanges thermiques entre le gaz et le plasma. Ce dernier est alors à la fois uniforme et en équilibre, un état mis en évidence par des signatures spectrales jamais encore observées pour d'autres sources plasma.

Cette avancée ouvre de nouvelles applications en spectroscopie des plasmas, notamment dans l'analyse élémentaire rapide de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) complexes tels que des sols ou des aliments, puisque l'étalonnage n'est plus nécessaire.

Note:
(1) National Institute for Laser, Plasma & Radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple :...) Physics, Roumanie.
(2) Laser-induced breakdown spectroscopy, ou spectroscopie du plasma induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou...) par laser.


Références publication:
Ideal radiation source for plasma spectroscopy generated by laser ablation
Jörg Hermann, David Grojo, Emanuel Axente, Christoph Gerhard, Miloš Burger, and Valentin Craciun
Phys. Rev. E 96, 053210
DOI: 10.1103/PhysRevE.96.053210

Contact chercheur:
- Jörg Hermann – LP3
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