Spectrométrie Laser et Applications

Membres permanents :

Virginie ZENINARI, Professeur, Responsable de la thématique, virginie.zeninari@univ-reims.fr Page Personnelle

Bertrand PARVITTE, Professeur, bertrand.parvitte@univ-reims.fr

Raphael VALLON, Maitre de Conférences, raphael.vallon@univ-reims.fr

Laura GOMEZ MARTIN, Maître de Conférences (50 % avec Aéronomie, actuellement en disponibilité)

Membres non permanents actuels :

Laurent BIZET, Doctorant (2015-2018, Allocation DGA-Région) laurent.bizet@etudiant.univ-reims.fr
Anne-Laure MORIAUX, Doctorante (2015-2018, Allocation ministère 50% avec Effervescence) anne-laure.moriaux@etudiant.univ-reims.fr
Florent DEFOSSEZ, Doctorant (2017-2020, Allocation sur crédits de Recherche INTERREG V SAFESIDE) Co-tutelle avec l'Université de Mons

Anciens membres doctorants :

Marie-Hélène MAMMEZ, Doctorante (2012-2016, DGA-CNRS et ATER) a poursuivi en post-doctorat au PhLAM, Université de Lille.
Justin ROUXEL, Doctorant (2012-2015, CEA) a poursuivi chez Evosens - Brest en CDI.
Christophe RISSER, Doctorant (2012-2015, CIFRE Aérovia) a poursuivi chez Aerovia - Reims en CDI.
Dominique MAMMEZ, Doctorante (2010-2013, DGA-Région) a poursuivi en post-doctorat à l'ONERA.
Equipe en 2012
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Principales activités

La thématique "Spectrométrie Laser et Applications" s'intéresse à la spectrométrie très haute résolution par technique laser dans le domaine infrarouge et à ses applications en détection de gaz. Dans cette région, la plupart des molécules gazeuses, en particulier les molécules d’intérêt atmosphérique, ont une signature due à leur spectre de rotation-vibration. Les bandes fondamentales les plus intenses se situent dans l’infrarouge moyen (3-12 µm) et les bandes harmoniques moins intenses dans l’infrarouge proche.

La spectroscopie classique utilise une source blanche de rayonnement et un analyseur spectral optique. La spectrométrie laser leur substitue une source monochromatique accordable en longueur d’onde. Les membres utilisent principalement des sources lasers émettant dans le proche et moyen infrarouge et accordables continûment. L’infrarouge proche peut être couvert par des diodes de type télécom fonctionnant à température ambiante. L’infrarouge moyen n'a longtemps été accessible que par des lasers de type sels de plomb peu fiables. Depuis quelques années, le moyen infrarouge est accessible grâce à des lasers de nouvelle génération : les lasers à cascade quantique (QCL) ainsi que par des sources de type OPO ou peignes de fréquence.

Différentes techniques ont été développées au laboratoire :

- la spectrométrie laser directe : cette technique basée directement sur la loi de Beer-Lambert est utilisée de deux façons différentes. En laboratoire, on mesure à très haute résolution les paramètres spectroscopiques de molécules d'intérêt atmosphérique. Dans l'atmosphère, connaissant les paramètres des gaz, on en mesure les concentrations.
- la spectrométrie laser hétérodyne : cette technique développée historiquement avec des lasers non accordables à CO2 a ensuite été développée avec des diodes lasers à sels de plomb. La technique prend toute sa dimension grâce aux lasers à cascade quantique. Il s'agit de mesurer à distance à partir du sol les concentrations de composés atmosphériques.
- la spectrométrie laser photoacoustique : le détecteur ultra-sensible développé au laboratoire a été associé avec des diodes lasers puissantes émettant dans le proche infrarouge et avec des lasers peu puissants émettant dans le moyen infrarouge. Là encore, la technique prend toute sa dimension grâce aux lasers à cascade quantique puissants et émettant dans le moyen infrarouge. Il s'agit d'une détection très sensible et mesurant in situ les concentrations de gaz au niveau du sol.
Activités en cours

Les résultats obtenus avec les différentes techniques étant très prometteurs, les recherches menées consistent en plusieurs voies de travail :

1/ Progrès et utilisation des lasers de dernière génération pour différentes applications :

- Mise en cavité externe d'un QCL afin d'élargir sa zone d'émission. Thèse de D. Mammez (Allocation DGA-Région, 2010-2013), Financement REI DGA "SELECTIF" (2009-2011), programme européen Euripides "ACOUSTICNOSE" (2010-2012), ANR ASTRID "COCASE" (2012-2014) en collaboration avec III-V lab

- Détection de gaz intra-cavité, thèse de L. Bizet (2015-2018)

- Applications oenologie - Collaboration Thématique Effervescence, thèse de M. Mulier (2006-2009), thèse de A.-L. Moriaux (2015-2018)

- Utilisation de sources de type OPO de forte puissance, Projet InterReg SAFESIDE 2017-2020, thèse de F. Defossez (2017-2020)

- Développement de sources peignes de fréquence dans l'infrarouge, ANR "MIRSiCOMB" 2018-2021 en collaboration avec INL et LETI

- Réalisation d'un éthylomètre laser, ANR "ETHYLAS" 2018-2021

2/ Miniaturisation des senseurs photoacoustiques et association avec des sources lasers de nouvelle génération et valorisation des travaux déjà réalisés via la start-up AEROVIA (www.aerovia.fr) fondée sur les travaux de recherche de l'équipe :

- Thèse de C. Risser (CIFRE Aerovia, 2012-2015)

- Thèse de J. Rouxel (Allocation CEA, 2012-2015)

- ANR ECOTECH "MIRIADE" 2012-2015 https://miriade.lsce.ipsl.fr/doku.php

3/ Développement d’un senseur hétérodyne avec des QCL de nouvelle génération.

- ANR ASTRID "QUIGARDE" 2013-2016

- Thèse de M.-H. Mammez (Allocation DGA-CNRS, 2012-2016).

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