Une équipe de recherche dirigée par Birgitta Schultze-Bernhardt de l'Institut de physique expérimentale de l'Université technologique de Graz (TU Graz) utilise désormais ce potentiel de réaction élevé pour une nouvelle méthode de surveillance environnementale. Ils ont développé le premier spectromètre UV à double peigne à large bande au monde avec lequel les polluants atmosphériques peuvent être mesurés en continu et leur réaction avec l'environnement peut être observée en temps réel.

Un article sur le développement a été publié dans la revue Optica .

Les spectromètres à double peigne existent depuis près de 20 ans. Ici, une source émet de la lumière dans une large gamme de longueurs d’onde qui, lorsqu’elle est disposée en fonction de ses fréquences optiques, rappelle les dents d’un peigne. Si cette lumière pénètre dans un échantillon de matière gazeuse, les molécules qu'il contient absorbent une partie de la lumière. Les longueurs d'onde lumineuses modifiées permettent de tirer des conclusions sur les ingrédients et les propriétés optiques du gaz analysé.

Les impulsions lumineuses laser font tourner et vibrer les 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 excite les molécules électroniquement et les fait également tourner et vibrer (appelées transitions rovibroniques) qui sont propres à chaque substance gazeuse.

De plus, le spectromètre UV à large bande à double peigne combine trois propriétés que les spectromètres conventionnels n'ont jusqu'à présent pu offrir qu'en partie :

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 collectées avec une seule mesure.
2. Une haute résolution spectrale, qui permettra également à l'avenir d'étudier des mélanges gazeux complexes tels que l'atmosphère terrestre.
3. Durées de mesure courtes lors de l'analyse des échantillons de gaz.

"Cela rend notre spectromètre adapté aux mesures sensibles permettant d'observer très précisément les modifications des concentrations de gaz et le déroulement des réactions chimiques", explique Lukas Fürst, Ph.D. étudiant dans le groupe de travail Coherent Sensing et premier auteur de la publication.

Développé et testé en utilisant le formaldéhyde comme exemple

Les chercheurs ont développé et testé leur spectromètre utilisant du formaldéhyde. Le polluant atmosphérique est produit lorsque des combustibles fossiles et du bois sont brûlés, ainsi qu'à l'intérieur par les vapeurs des adhésifs utilisés dans les meubles.

"Grâce à 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, améliorant ainsi la protection du personnel et de l'environnement", explique Birgitta Schultze-Bernhardt.

L'application du spectromètre peut également être étendue à d'autres polluants atmosphériques tels que les oxydes d'azote, l'ozone et d'autres gaz traces liés au climat. L’équipe de recherche espère que cela permettra de découvrir de nouvelles découvertes sur leurs effets dans l’atmosphère. Sur cette base, de nouvelles stratégies visant à améliorer la qualité de l'air pourraient être élaborées.