Etude expérimentale et propriétés radiatives d'un plasma thermique induit par impact laser à la surface de milieux aqueux eau-chlorure de calcium/chlorure de magnésium/chlorure de sodium

par Riadh Hannachi

Thèse de doctorat en Physique et ingénierie des plasmas de décharge

Sous la direction de Philippe Teulet et de Zohra Ben Lakhdar.

Soutenue en 2007

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de développement d'un procédé de détections de polluants dans l'eau au moyen d'un dispositif d'ablation laser. L'impact d'un faisceau laser sur un matériau permet de vaporiser le milieu et de générer un plasma. L'analyse spectroscopique du gaz ionisé permet de remonter à la composition élémentaire de l'échantillon. Cette méthode d'analyse, applicable à tous types de milieux (solides, liquides, gazeux, isolants ou conducteurs) est connue sous le nom de LIBS (Laser induced Breakdown Spectroscopy). Un laser Nd : Yag (? = 532 nm, durée d'une impulsion 4ns, énergie déposée 30 mJ, fréquence des tirs 5 Hz) a été utilisé pour générer un plasma à la surface de cibles liquides contenant une faible proportion de sels d'alcalins (5. 10-4 à 2 mol/litre de CaCl2, MgCl2 et NaCl). Ce travail a permis de tester la sensibilité du procédé et de définir les limites de détection des espèces Ca, Mg et Na jouant le rôle d'impuretés. Différentes techniques de diagnostic par spectroscopie optique en émission basées sur l'hypothèse de l'équilibre thermodynamique local (ETL) ont également été mises en œuvre pour caractériser le panache de plasma dans sa phase d'extinction (température et densités d'espèces). La seconde partie de ce travail de thèse a été consacrée au développement de codes de calcul de la composition chimique et des propriétés radiatives du plasma avec notamment la détermination des coefficients moyens d'absorption k? (m-1) par bandes de fréquence et du coefficient d'émission nette ?N (W. M-3. Sr-1) qui représente la puissance totale rayonnée par le plasma. Les différentes contributions ont été traitées séparément dans le calcul : raies d'émission atomiques auto-absorbées et non auto-absorbées, continuum atomique (attachement radiatif, recombinaison radiative et rayonnement de freinage électron - ion et électron - atome), continuum moléculaire (photoionisation, photoattachement et photodissociation) et bandes moléculaires. L'influence de la pression, de la dimension du panache de plasma, de la concentration en impuretés (sels d'alcalin) et du pourcentage d'air provenant du pompage du gaz environnant a été étudiée.

  • Titre traduit

    Experimental study and radiative properties of a laser induced thermal plasma on the surface of aqueous solutions H2O – CaCl2/MgCl2/NaCl


  • Résumé

    This thesis is part of a project concerning the development of a process which enables the detection of pollutants in water using a laser ablation device. The impact of a laser beam on a material allows to vaporize it and to generate a plasma. The elementary composition of the sample is obtained by the spectroscopic analysis of the ionized gas. This method, applicable to any kind of materials (solid, liquid, gaseous, insulating or conductive) is known as LIBS (Laser induced Breakdown Spectroscopy). A Nd: Yag laser (lambda = 532 nm, pulse duration 4ns, deposited energy 30 mJ, frequency 5 Hz) is used to generate a plasma on the surface of liquid targets containing weak proportions of alkaline salts (5. 10-4 to 2 mol/liter of CaCl2, MgCl2 and NaCl). This work allowed to test the sensibility of the process and to define the detection limits of the species Ca, Mg and Na acting as impurities. Various optical emission spectroscopy diagnosis techniques based upon the assumption of local thermodynamic equilibrium (LTE) are used to characterize the plasma plume in its extinction phase (temperature and species densities). The second part of this thesis is dedicated to the development of calculation codes enabling the determination of the chemical equilibrium composition and radiative properties: the mean absorption coefficients k\lambda (m-1) by frequency bands and the net emission coefficient epsilon\N (W. M-3. Sr-1). . .

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Informations

  • Détails : 1 vol. (160 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 153-160

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007TOU30176
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