Spectrométrie d'espèces chimiques en bande III

par Julie Armougom

Projet de thèse en Optique et radiofrequences

Sous la direction de Benoît Boulanger.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    La spectrométrie laser d'absorption différentielle est une technique bien connue pour la détection à distance d'espèces chimiques dans l'atmosphère. À ce titre la bande III élargie (7-12 µm) est une région particulièrement intéressante car les raies d'absorption de nombreuses espèces toxiques y sont fortes et se recouvrent peu. Afin de pouvoir mesurer ces espèces, plusieurs systèmes opérationnels ont déjà été développés comme notamment les Lidars en bande III qui atteignent des portées kilométriques ou les systèmes de détection locale. Cependant, pour la détection à moyenne distance (entre 10 et 100 m) le manque de système adaptés se fait sentir. Le projet MUSTARD (ANR ASTRID), soutenu par la thèse de Quentin Clément en 2015 a permis le développement d'OPO mono-fréquence en bande III ainsi qu'une mesure préliminaire d'un spectre à courte distance. Bien que le projet ait atteint ses objectifs, plusieurs pistes restent à explorer comme notamment la mesure automatisée de la longueur d'onde signal et/ou complémentaire via un asservissement tir-à-tir de l'OPO, l'intégration de l'OPO dans un lidar complet ainsi que l'élargissement de la gamme de longueur d'onde explorée. La thèse se propose de porter l'émetteur MUSTARD au-delà de ses performances actuelles en termes d'énergie, d'accordabilité et de contrôle de la longueur d'onde (par battement entre l'onde signal et le rayonnement d'un laser à semi-conducteur ou entre l'onde complémentaire et un QCL). Elle vise aussi à déterminer la stratégie de détection idéale pour les applications de détection d'espèces toxiques et de polluants industriels à moyenne distance (applications du projet MUSTARD) et de détection locale (photoacoustique) via la détermination de plusieurs jeux de longueurs d'onde permettant un meilleur compromis entre la détectivité et la probabilité de fausse alarme. En parallèle, la thèse conduira à des mesures de référence par spectrométrie photoacoustique avec des lasers à cascade quantique ainsi qu'avec l'émetteur bande III réalisé. Plus concrètement, les résultats attendus à l'issue de cette thèse sont la réalisation d'une source optique mono-fréquence accordable en bande III, amplifiée, pilotable et asservie en longueur d'onde, l'intégration de cette source dans démonstrateur de type Lidar et la détection d'un ou de plusieurs gaz à moyenne distance puis à plus longue distance à travers le projet MICLID et l'analyse des résultats en termes de limite de sensibilité, de précision et l'extrapolation à plus grande distance ou à d'autres scénarios.

  • Titre traduit

    Spectrometry of chemical species in the LWIR


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