Caractérisation de particules submicroniques par analyse de l'intensité et de la polarisation du rayonnement diffusé

par Feifei Hou

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Philippe Hervé.

Soutenue en 2005

à Paris 10 .


  • Résumé

    Nous avons développé une méthode de mesure de particules par l'analyse de l'intensité et de la polarisation de leur rayonnement diffusé à trois angles permettant de caractériser la taille, la nature chimique et de visualiser les positions de particules sphériques dont le diamètre est compris entre 0,02µm et 1µm. Ces particules submicroniques, invisibles à l'œil nu, sont les plus néfastes pour l'environnement car elles traversent les filtres usuels et pénètrent irréversiblement au fond des alvéoles pulmonaires. Leur nature chimique conditionne évidemment leur nocivité. Les particules de métaux lourds sont particulièrement dangereuses. Le nuage de particules supposées sphériques est illuminé par la lumière cohérente, monochromatique et polarisée d'un laser argon (l=488 nm). L'intensité de la lumière diffusée et le taux de polarisation dépendent du paramètre de taille = D/ , de l'indice complexe de la particule et de l'angle de diffusion (Théorie de Mie). Nous avons choisi d'effectuer 3 angles d'observation aux deux polarisations pour déterminer la taille des particules et ainsi cerner le domaine de son indice complexe. Un montage optique a été réalisé au laboratoire. Les résultats expérimentaux ont montré que, même avec une erreur importante de la mesure, nous pouvions déterminer la taille avec une bonne précision. Enfin, dans le cadre d'une étude avec l'ONERA de Lille, nous avons déterminé la granulométrie d'un nuage de particules à partir de l'intensité totale diffusée par le nuage, en réalisant un programme basé sur l'algorithme de Ligon. Les tests ont montré que la granulométrie d'un nuage ayant une distribution gaussienne ou lognormale et dont l'indice complexe des particules est connu, pouvait être trouvée avec une précision satisfaisante.

  • Titre traduit

    Characterization of submicron particles by analysis of their scattering intensity and the polarisation ratio


  • Résumé

    We have developed a measurement method of particles by analysis of the polarisation of the scattered light at three angles, which allows to determine the size, the refractive index and to visualize the position of these spherical particles. The size range is between 0,02µm and 1 µm. These submicron particles, invisible for human eyes, are the most harmful for the environment because they can pass through the common filters and penetrate irreversibly into the lung. Their harmfulness depends on their chemical components. The heavy metals are particularly dangerous. The supposed spherical particles are illuminated by a coherent, monochromatic and polarized argon laser ((l=488 nm). The scattered intensity and the polarization ratio depend on the particle size parameter = D/ , on the complex refractive index of the particle and the scattering angle (Mie's theory). We have chosen 3 observation angles and the two components of the polarized scattered light to determine the particle size and also the range of its complex refractive index. An instrument has been realized in the laboratory. The experimental results have shown that even with an important measurement error, we could determine the particle size with a good precision. In a study with ONERA of Lille, we have determined the particle size distribution of a cloud of particles with their scattered intensity. And we have realized a code based on the Ligon's algorithm. The numerical tests have shown that a cloud of particles with a gauss distribution or a lognormal distribution whose complex refractive index is known can be determined with a satisfying precision.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (151 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 140-145

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  • Bibliothèque : Université Paris Ouest Nanterre La Défense. Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T 05 PA10-38
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