Un nouveau spectromètre UV à large bande révolutionne l'analyse des polluants atmosphériques
La technologie laser mise au point à l'université de Graz permet d'analyser en continu et en temps réel les polluants atmosphériques et leur interaction avec d'autres gaz et la lumière du soleil
La lumière du soleil a une influence majeure sur les processus chimiques. Le rayonnement UV à haute énergie, en particulier, est fortement absorbé par tous les matériaux et déclenche des réactions photochimiques des substances présentes dans l'air. Un exemple bien connu est la formation d'ozone troposphérique lorsque la lumière UV frappe les oxydes d'azote. Une équipe de recherche dirigée par Birgitta Schultze-Bernhardt de l'Institut de physique expérimentale de l'Université de technologie de Graz (TU Graz) utilise désormais ce potentiel de réaction élevé pour une nouvelle méthode de surveillance de l'environnement. Ils ont mis au point le premier spectromètre UV à large bande à double peigne au monde, qui permet de mesurer en continu les polluants atmosphériques et d'observer en temps réel leur réaction avec l'environnement. Un article sur ce développement a été récemment publié dans la revue Optica.
Les spectromètres à double peigne existent depuis près de 20 ans. Dans ce cas, une source émet de la lumière dans une large gamme de longueurs d'onde qui, lorsqu'elle est disposée selon ses fréquences optiques, rappelle les dents d'un peigne. Si cette lumière pénètre un échantillon de matière gazeuse, les molécules qu'il contient absorbent une partie de la lumière. Les longueurs d'onde modifiées permettent de tirer des conclusions sur les composants et les propriétés optiques du gaz analysé.
Les impulsions de lumière laser provoquent la rotation et la vibration des molécules de gaz.
La particularité du spectromètre développé par Birgitta Schultze-Bernhardt est qu'un système laser émet des impulsions lumineuses doubles dans le spectre ultraviolet. Lorsque cette lumière UV rencontre des molécules de gaz, elle les excite électroniquement et les fait tourner et vibrer - ce que l'on appelle les transitions rovibroniques - qui sont propres à chaque substance gazeuse. En outre, le spectromètre UV à large bande et à double peigne combine trois propriétés que les spectromètres conventionnels n'ont pu offrir que partiellement jusqu'à présent : (1) une large bande passante de la lumière UV émise, ce qui signifie qu'un grand nombre d'informations sur les propriétés optiques des échantillons de gaz peuvent être recueillies en une seule mesure ; (2) une résolution spectrale élevée, qui permettra également à l'avenir d'étudier des mélanges de gaz complexes tels que l'atmosphère terrestre ; et (3) des temps de mesure courts lors de l'analyse des échantillons de gaz. "Notre spectromètre convient donc aux mesures sensibles qui permettent d'observer très précisément les changements de concentration de gaz et le déroulement des réactions chimiques", explique Lukas Fürst, doctorant au sein du groupe de travail sur la détection cohérente et premier auteur de la publication.
Développé et testé à partir de l'exemple du formaldéhyde
Les chercheurs ont développé et testé leur spectromètre en utilisant du formaldéhyde. Ce polluant atmosphérique est produit lors de la combustion de combustibles fossiles et de bois, ainsi qu'à l'intérieur par les vapeurs des adhésifs utilisés dans les meubles. "Avec notre nouveau spectromètre, les émissions de formaldéhyde dans les industries textiles ou de transformation du bois, ainsi que dans les villes où les niveaux de smog sont élevés, peuvent être surveillées en temps réel, ce qui améliore la protection du personnel et de l'environnement", explique Birgitta Schultze-Bernhardt. L'application du spectromètre peut également être transférée à d'autres polluants atmosphériques tels que les oxydes d'azote et l'ozone, ainsi qu'à d'autres gaz à l'état de traces importants pour le climat. L'équipe de recherche espère ainsi obtenir de nouvelles informations sur leurs effets dans l'atmosphère. Sur cette base, de nouvelles stratégies d'amélioration de la qualité de l'air pourraient être élaborées.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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