Etude des possibilities offertes en spectroscopie infrarouge par les diodes laser accordables PDF Download
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Author: Philippe Prastault
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Author: Philippe Prastault
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Author: Philippe Prastault
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Languages : fr
Pages : 145
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Author: Nofal Ibrahim
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Languages : fr
Pages : 240
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La spectroscopie infrarouge à haute résolution est un outil très puissant pour mesurer les concentrations d’un grand nombre de gaz traces atmosphériques et pour caractériser les propriétés physico-chimiques de ces espèces. L’utilisation de lasers accordables permet de balayer de petits intervalles spectraux avec une très haute résolution spectrale et un rapport signal/bruit très élevé. Ainsi, la détermination expérimentale des paramètres de raies par spectroscopie laser complète les informations obtenues par la spectroscopie à transformée de Fourier. Nous avons travaillé dans cette thèse sur la conception et la réalisation de plusieurs spectromètres basés sur des diodes-laser accordables et les applications de ces instruments pour la spectroscopie quantitative d’espèces d’intérêt atmosphérique. Nous avons réalisé quatre études différentes : Une étude pour mesurer les paramètres spectroscopiques (intensités, coefficients d’élargissement) de H2O dans l’infrarouge proche (au voisinage de 820 nm) en utilisant une diode laser à cavité externe (ECDL) et la technique de spectroscopie directe. Une étude d’intercomparaison des coefficients d’absorption de l’ozone entre deux régions spectrales : l’ultraviolet (270-290 nm) et l’infrarouge moyen (à 10 micron). Étude des paramètres spectroscopiques (positions, intensités, et coefficients d’élargissement) et limite de détection de NH3 simultanément par deux techniques différentes (spectroscopie d’absorption directe et spectroscopie photoacoustique) au voisinage de 1550 nm. La première mesure des coefficients d’élargissement par l’air de HO2 par la technique CRDS au voisinage de 1550 nm.
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Category : Aeronautics
Languages : en
Pages : 1002
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Author: Sébastien Dusanter
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Pages : 173
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La spectroscopie d'absorption infrarouge par diode laser accordable permet d'allier sensibilité, sélectivité et résolution temporelle élevées. Nous avons appliqué cette technique à la mesure de polluants atmosphériques en traces et à la cinétique de réactions élémentaires en phase gazeuse. En métrologie, nous avons développé un protocole original et performant : mesure par augmentation de pression. Il a été appliqué à la mesure en protoxyde d'azote, en formaldéhyde, en acétaldéhyde et en 1,3-butadiène, dans l'air ou les gaz d'échappement automobile. Ce travail représente un premier pas vers l'élaboration d'un instrument de terrain compact et transportable. Le dispositif de cinétique, où les réactions sont initiés par photolyse laser, a été validé par l'étude des réactions des radicaux formyle et hydroxyméthyle avec l'oxygène. Une étude préliminaire de la constante de décomposition unimoléculaire du radical pivaloyle a été effectuée.
Author: BRUNO.. LETENNEUR
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Languages : fr
Pages : 152
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L'INSTRUMENT SPIRALE, ACTUELLEMENT EN COURS DE DEVELOPPEMENT, A ETE CONCU DANS LE BUT DE MIEUX COMPRENDRE LA CHIMIE DE LA STRATOSPHERE A PETITE ECHELLE. CET INSTRUMENT EST DEDIE A LA MESURE SIMULTANEE ET IN SITU DES CONCENTRATIONS DE PLUSIEURS ESPECES CHIMIQUES STRATOSPHERIQUES PAR SPECTROSCOPIE INFRAROUGE. SON PRINCIPE REPOSE SUR LA MESURE DE LA TRANSMISSION D'UN FAISCEAU LASER PARCOURANT L'ESPACE COMPRIS ENTRE LES DEUX MIROIRS D'UNE CELLULE A PARCOURS MULTIPLES OUVERTE. LE FAISCEAU LASER EST EMIS PAR UNE DIODE LASER AUX SELS DE PLOMB ACCORDABLE EN FREQUENCE. LE COURANT INJECTE DANS LA DIODE EST IMPOSE DE MANIERE A FAIRE EVOLUER LE NOMBRE D'ONDE DU FAISCEAU LASER DE PART ET D'AUTRE DU CENTRE D'UNE RAIE D'ABSORPTION ROVIBRATIONNELLE D'UNE ESPECE CHIMIQUE. LA PUISSANCE LUMINEUSE DETECTEE PRESENTE UN PROFIL D'ABSORPTION DONT LA FORME ET L'AMPLITUDE SONT CARACTERISTIQUES DE L'ESPECE MESUREE ET DE SA CONCENTRATION. LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE DECRIT L'INSTRUMENT, LES DIODES LASER EN GENERAL ET DIFFERENTS TYPES DE PROFILS D'ABSORPTION. UNE METHODE DE RECHERCHE EST PROPOSEE POUR SELECTIONNER LES POINTS DE FONCTIONNEMENT D'UNE DIODE EN VUE DE LA MESURE D'UNE ESPECE CHIMIQUE. ELLE EST APPLIQUEE AUX DIODES DEDIEES AUX ESPECES CO, NO, NO#2 ET O#3. CES DIODES SERONT EMBARQUEES LORS DU PREMIER VOL DE L'INSTRUMENT (PREVU EN JUIN 1998). LA SECONDE PARTIE DU MEMOIRE EST CONSACREE A L'INVERSION DES DONNEES FOURNIES PAR L'INSTRUMENT. UN PROTOCOLE DE TRAITEMENT DES SIGNAUX EST ETABLI POUR EXTRAIRE LA CONCENTRATION DE L'ESPECE ABSORBANTE A PARTIR DES SPECTRES ACQUIS PAR L'INSTRUMENT. CE PROTOCOLE EST APPLIQUE A DES SIGNAUX ACQUIS SUR UN BANC OPTIQUE REPRODUISANT LE PRINCIPE DE MESURE DE L'INSTRUMENT. AINSI SONT ESTIMEES LES PERFORMANCES DE L'INSTRUMENT (DYNAMIQUE DE MESURE SUPERIEURE A 1000, LIMITE DE DETECTION DE 10##4 EN ABSORPTION). ENFIN, LES ALGORITHMES D'INVERSION SONT VALIDES PAR LA MESURE D'ESPECES CHIMIQUES DE L'ATMOSPHERE DE CONCENTRATION CONNUE AU NIVEAU DU SOL.
Author: Marie-Renée De Backer-Barilly
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Languages : fr
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LA SPECTROMETRIE PAR DIODES LASER ACCORDABLES EST UNE TECHNIQUE MODERNE D'ANALYSE DES SPECTRES DE VIBRATION-ROTATION DES MOLECULES DANS LE DOMAINE INFRAROUGE. UN SPECTROMETRE INFRAROUGE A DIODES LASER ACCORDABLES TRAVAILLANT A 10 MICRON A ETE DEVELOPPE A REIMS. CE SPECTROMETRE UTILISE DES DIODES A SELS DE PLOMB (PBSNSE) REFROIDIES PAR UN CYCLE FERME D'HELIUM, PERMETTANT DE TRAVAILLER A DES TEMPERATURES DE 20 A 50 K. LA REGION SPECTRALE COUVERTE CORRESPOND A L'INTERVALLE 1040-1100 CM-1. CET APPAREIL POSSEDE UNE RESOLUTION SPECTRALE DE L'ORDRE DE 3.10-3 CM-1. LES DOMAINES D'ACCORD DES DIODES NOUS PERMETTENT L'ETUDE DE FAIBLES INTERVALLES SPECTRAUX AVEC DES TEMPS D'ENREGISTREMENT DE L'ORDRE DE LA MINUTE. LA CONSTITUTION DE BANQUES DE DONNEES SPECTROSCOPIQUES DE PLUS EN PLUS PRECISES POUR LES MOLECULES INTERVENANT DANS LA PHYSICO-CHIMIE DE NOTRE ATMOSPHERE EST UN SUJET DE PLEINE ACTUALITE. C'EST DANS CE CADRE QUE S'INSCRIT L'ETUDE DE LA MOLECULE D'OZONE DONT LA COUCHE STRATOSPHERIQUE JOUE LE ROLE D'ECRAN POUR LE RAYONNEMENT ULTRAVIOLET SOLAIRE. LA MESURE PRECISE DE PROFILS DE CONCENTRATION NECESSITE LA CONNAISSANCE DE CONSTANTES SPECTROSCOPIQUES DE QUALITE (ENERGIE DES NIVEAUX FONDAMENTAUX, FREQUENCES DES TRANSITIONS, INTENSITES DES RAIES ET COEFFICIENTS D'ELARGISSEMENT), APTES A RECONSTITUER EXACTEMENT LE SPECTRE SYNTHETIQUE DES MOLECULES. L'APPLICATION DE CE TRAVAIL DE THESE A ETE LA MESURE PRECISE DES INTENSITES DE RAIES INDIVIDUELLES DE L'OZONE DANS LA FENETRE ATMOSPHERIQUE A 10 MICRON. NOUS AVONS ETUDIE LES INTENSITES DE 41 RAIES DE LA BANDE NU3 DE L'OZONE SITUEES ENTRE 1048 CM-1 ET 1056 CM-1
Author: Damien Weidmann
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Languages : fr
Pages : 200
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Ce travail présente l'étude, la réalisation complète et la caractérisation d'un radiomètre hétérodyne infrarouge. Un tel radiomètre allie sensibilité et sélectivité spectrale. Ce dernier, pour être accordable continûment en fréquence, utilise comme oscillateur local des diodes lasers à hétérostructure de sels de plomb. Un tel système s'applique notamment à la télédétection passive de signatures moléculaires ; ici il s'agit de démontrer l'efficacité de l'instrument à détecter des espèces moléculaires provenant d'une réaction de combustion. Les lasers à semi-conducteurs bipolaires émettant dans le moyen infrarouge restent très éloignés du laser idéal. Pour cette raison, nous avons abordé l'ensemble des propriétés de ce type de laser, celles ci gouvernant principalement les performances de l'instrument. Nous avons insisté sur les mécanismes physiques d'accord continu en fréquence, puisque ceux ci sont l'avantage inégalable que procure une diode laser. L'instrument a été validé sur une source de combustion que nous avons conçue. Il a permis l'enregistrement de spectres d'émission de molécules présentes dans une chambre de combustion méthane/air, à savoir la vapeur d'eau et le dioxyde de soufre, polluant de combustion notoire. Ces mesures montrent qu'en dépit de l'utilisation d'un oscillateur local imparfait car peu puissant, un radiomètre hétérodyne accordable est un outil puissant pour les diagnostics de combustion, notamment pour la détection à longue portée de combustions polluantes. L'intérêt de ce type d'instrument est relancé par l'avènement de nouvelles sources laser infrarouges accordables émettant dans le moyen infrarouge telles que les lasers à cascade quantique.
Author: Eric de Borniol
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Languages : fr
Pages : 121
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L'ETUDE DE L'ATMOSPHERE OU LE SUIVI DE PROCESSUS INDUSTRIELS NECESSITE DES INSTRUMENTS CAPABLES DE MESURER IN SITU ET DE FACON SELECTIVE DE FAIBLES CONCENTRATIONS DE GAZ. LA SPECTROMETRIE D'ABSORPTION PAR DIODE LASER INFRAROUGE REPOND A CE PROBLEME MAIS SA SENSIBILITE EST LIMITEE PAR LE BRUIT DE MESURE. LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE EST CONSACREE A L'ETUDE DES BRUITS LIMITANT LA SENSIBILITE DES METHODES DE SPECTROSCOPIE UTILISANT DES DIODE LASER AUX SELS DE PLOMB, ET AUX DIFFERENTES TECHNIQUES MISES EN UVRE POUR L'AMELIORER. LES FLUCTUATIONS DE PUISSANCE DE LA DIODE LASER ETANT LE FACTEUR LE PLUS LIMITANT POUR LA SENSIBILITE, L'ETUDE DU BRUIT RELATIF D'INTENSITE (OU RIN) D'UNE TELLE SOURCE A ETE REALISEE. CETTE ETUDE MONTRE QUE CE BRUIT PEUT ETRE DIMINUE EN FONCTION DES CONDITIONS EXPERIMENTALES ET QU'IL PRESENTE, DANS TOUT LES CAS, UNE DECROISSANCE AVEC LA FREQUENCE D'ANALYSE (BRUIT EN 1/F). LA SECONDE PARTIE DU MEMOIRE EST DEDIEE A LA CONCEPTION ET A L'EVALUATION DE LA SENSIBILITE ULTIME D'UN SPECTROMETRE D'ABSORPTION DIFFERENTIELLE A BALAYAGE RAPIDE. LA LONGUEUR D'ONDE D'EMISSION EST BALAYEE PERIODIQUEMENT AUTOUR D'UNE RAIE D'ABSORPTION MOLECULAIRE EN MODULANT LE COURANT INJECTE DANS LA DIODE. DEUX VOIES OPTIQUES DE MESURE L'UNE TRAVERSANT LE MILIEU ET L'AUTRE NON SONT SOUSTRAITES L'UNE A L'AUTRE AVANT LA NUMERISATION DU SIGNAL. LE SIGNAL EST ENSUITE MOYENNE SUR PLUSIEURS PERIODES. L'ETUDE DU FILTRE RESULTANT DU BALAYAGE SPECTRAL RAPIDE MONTRE QUE LE BRUIT EN 1/F PEUT ETRE FILTRE EN DIMINUANT LA PERIODE DE MODULATION. LA SOUSTRACTION DE DEUX VOIES ASSOCIE A UNE COURTE PERIODE DE BALAYAGE (0,1 MS) PERMETTENT D'ATTEINDRE UNE TRES GRANDE SENSIBILITE. L'ANALYSE DE SPECTRES D'ABSORPTION DE LA MOLECULE DE CO VERS 2054 CM 1 MONTRE QUE LE SPECTROMETRE REALISE PERMET DE MESURER UNE ABSORPTION RELATIVE DE LA PUISSANCE LASER DE 1,1.10 6 EN 54,5 MS. SA SENSIBILITE LIMITE, CALCULEE POUR UNE BANDE PASSANTE DE 1 HZ EST DE 7.10 8. CETTE SENSIBILITE EST PROCHE DE CELLE OBTENUE PAR LA TECHNIQUE ACTUELLEMENT LA PLUS SENSIBLE TELLE QUE LA SPECTROSCOPIE DE MODULATION HAUTE FREQUENCE.
Author: Agnès Grossel
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Languages : fr
Pages : 212
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Book Description
Ce travail de thèse, réalisé au sein du Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique (GSMA) de Reims et plus précisément dans l'équipe Spectroscopie Laser Infrarouge, est consacré à l'étude des possibilités offertes par les lasers à cascade quantique pour la détection de très faibles concentrations de gaz et pour la mesure de paramètres moléculaires. Cette thèse peut donc se diviser en trois parties : la première présente brièvement un bilan des sources infrarouges accessibles actuellement et des méthodes de détection de gaz avec ces sources ; l'intérêt des lasers à cascade quantique est souligné. La deuxième partie de cette thèse présente les méthodes de mesure de paramètres spectroscopiques avec des diodes laser ou des lasers à cascade quantique. J'ai appliqué ces méthodes à des mesures de paramètres spectroscopiques de composés d'intérêt atmosphériques : dioxyde de carbone et protoxyde d'azote. Ces mesures correspondent à des besoins réels pour l'analyse de mesures atmosphériques (dans le cas du N2O, pour les mesures de profils atmosphériques lors de campagne ballon de l'instrument SPIRALE du Laboratoire de Physique et Chimie de l' Environnement-LPCE, et dans le cas du CO2 pour vérifier des mesures LIDAR effectuées par le Laboratoire de Météorologie Dynamique-LMD de Palaiseau). Les lasers à cascade quantique ont également été utilisés pour réaliser des mesures à très haute sensibilité de gaz. Ils ont été couplés avec un détecteur photoacoustique développé au GSMA et l'optimisation de ce système a permis d'obtenir des limites de détection de l'ordre du ppb ou de la dizaine de ppb pour plusieurs composés atmosphériques : méthane, protoxyde d'azote, oxyde nitrique
