Un laser pour repérer les polluants et les explosifs

MOSCOU (Russie) 15/3/10 - 3B Conseils - Une équipe de chercheurs de l'Institut de physique Lebedev (FIAN), dépendant de l'Académie des sciences de Russie, est parvenue à créer un laser CO, qui permet de mettre au jour dans l'atmosphère toute une palette de polluants, y compris des substances toxiques et explosives. Ce nouveau laser peut être réglé sur plus de 400 lignes de spectre, d'une longueur d'ondes variant de 2,5 à 4 micro-m et de 5 à 6,5 micro-m. Cette particularité de ce nouvel appareil de spectroscopie lui permet de détecter dans les mélanges gazeux complexes de l'atmosphère les plus petites substances narcotiques, toxiques ou explosives.

L'idée de créer un tel laser est venue en 2000 à une équipe de chercheurs conduite par le doctorant en sciences physiques et mathématiques Dmitri Sinitsyne. En fait, les bandes spectrales de rayonnement d'un laser au monoxyde de carbone (CO) couvrent les bandes dans lesquelles sont situées les raies d'absorption non seulement de substances telles que l'eau, le gaz carbonique, le méthane, le dioxyde d'azote, le monoxyde d'azote, l'acétone, l'essence, le méthanol, etc., mais aussi de toxines et de substances explosives et narcotiques. Ce qui complique l'analyse spectrale laser des mélanges gazeux qui contiennent plusieurs types de polluants.

Afin de confirmer la viabilité de leur projet, les chercheurs ont dû procéder à des calculs préalables. Ces calculs ont montré que pour pouvoir analyser des mélanges gazeux aux composants multiples, c'est un laser CO Oberton (harmonique), doté d'un refroidissement cryogénique et d'un pompage par décharge à haute fréquence, qui convenait le mieux (dans un laser Oberton, le quantum de lumière scintille lors du passage de la molécule non pas à un niveau de vibration voisin, mais à un seul et unique niveau).

"Un laser qui utilise les transitions de vibration harmoniques d'une molécule d'oxyde de carbone donne la possibilité de passer d'une longueur d'ondes étudiée à une autre. La décharge haute fréquence permet de gérer de manière relativement simple des paramètres de pompage tels que, par exemple, le passage d'un régime de rayonnement ininterrompu à un régime à impulsions. Pour ce qui est du refroidissement cryogénique, c'est précisément lors du refroidissement du milieu actif du laser CO à une température inférieure à 77 ° K (moins 196 ° C) qu'il présente les meilleures caractéristiques de sortie", explique Leonid Seleznev, l'un des membres de l'équipe ayant conçu ce nouveau type de laser, qui travaille au Laboratoire des lasers gazeux du département de radiophysique quantique de l'Institut Lebedev.

Une des propriétés importantes de ce laser est sa compacité, avec un volume de milieu actif d'environ 25 ml. "Cette compacité a pu être obtenue en générant une décharge de haute fréquence entre deux électrodes proches l'une de l'autre, autrement dit grâce à ce que l'on appelle une décharge en fente. L'écartement des électrodes étant, dans ce cas, peu important, en refroidissant ceux-ci à des températures cryogéniques à l'aide de l'azote liquide, nous refroidissons également le gaz situé entre eux. Avec une telle géométrie, nous parvenons à donner au gaz de l'énergie sans avoir, pratiquement, à le réchauffer, explique Leonid Seleznev.

Les concentrations minimales d'impuretés atmosphériques découvertes à l'aide de ce spectromètre laser, ainsi que les distances auxquelles cette détection est possible, sont variables selon les substances et vont de quelques mètres à plusieurs dizaines de kilomètres, selon les divers polluants. C'est la raison pour laquelle les chercheurs de l'Institut Lebedev sont en train de calculer les caractéristiques du laser pour chaque tâche concrète.
Article : SLG 3B Conseils
Sources : BE Actualité / 3B Conseils