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Bon nombre de polluants sont présents sous forme particulaire dans l’environnement ou en milieu industriel. Dans l’air comme dans les eaux, des particules micrométriques ou sub-micrométriques jouent un rôle dans leur transport, qu’il s’agisse par exemple de métaux lourds ou d’objets nanostructurés tels les nanoparticules, leurs agrégats et leurs agglomérats. Pour doser les concentrations de ces pollluants, les techniques de mesure chimique élémentaire couramment utilisées nécessitent le déplacement de personnels sur site, des prélèvements, une préparation en laboratoire puis enfin l’analyse. Il existe à l’heure actuelle peu d’instruments permettant de détecter, sur site, in-situ et en temps réel, l’émission de particules et de mesurer les concentrations émises selon leur nature chimique élémentaire. La technique LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) ou spectroscopie de plasma induit par laser semble adaptée à une telle problématique. A l’INERIS, elle a été ainsi appliquée à l’analyse des particules dans l’air pour le contrôle de procédés, la surveillance des ambiances de travail et le suivi de l’émission de métaux lourds sous forme particulaire en fonderie. Dans tous ces cas, les particules ont été introduite dans une cellule d’analyse dans laquelle des impulsions laser de longueur d’onde 1064 nm de durée 5 ns ont été focalisées. Le plasma formé vaporise les particules et permet des mesures semi quantitative et quantitative sur les particules. Ainsi, il est possible de détecter en temps réel des pelotes de nanotubes de carbone et de suivre la concentration en masse de cuivre dans les conduits d’évacuation d’une fonderie. Des expériences préliminaires utilisant une cellule plasma radiofréquence permettant de piéger les particules en lévitation a été utilisé dans le but d’améliorer les limites de détection. Enfin, plus récemment, nos efforts se sont portés sur la détermination de la stoechiométrie de particules composites sans étalonnage en ajustant des spectres simulés sur des spectres expérimentaux en faisant l’hypothèse de l’équilibre thermodynamique local. La technique LIBS a également été appliquée à l’analyse des particules dans les liquides. Tout d’abord, un montage LIBS a été couplé avec un jet liquide. Les travaux réalisés ont consisté à étudier l’optimisation du rapport signal sur bruit et du volume liquide évaporé en fonction de la longueur d’onde laser et de la fluence utilisée. Les résultats ont montré que l’utilisation du rayonnement UV permettait d’obtenir les meilleurs résultats. En plus de l’analyse par jet liquide, un autre mode d’échantillonnage des particules, consistant à les aérosoliser, a été testé et les deux modes comparés. Cette comparaison a mis en évidence les potentialités respectives de ces deux modes.

International audience; Pollution of air and water are major concerns both at domestic and European Union level. With the aim in view to preserve and improve water quality, the European Community has adopted a water framework directive (WFD). Its objective is to achieve a good ecological and chemical status of waters by 2015. In this context, research in metrology has been engaged at INERIS in order to detect pollutants such as heavy metals {both in ionic or particulate forms}. Though they were not cited in the directive since they are considered as emerging pollutants, nanoparticles are an object of concern whose detection should be made possible as well. The constraints imposed by regulations and the emergence of new pollutants, emphasize the need to develop an instrument allowing in-situ and real-time elemental identification and mass concentration determination of particles suspended in water. Environmental monitoring and surveillance of pollutants in particulate form possibly released in waste waters by industries involved in nanoparticle manufacturing and processing are two telling examples of applications of such instrumental development. The LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) technique was retained to tackle such issue.

International audience; A l'échelle européenne comme sur le plan national, les pollutions de l'air et des eaux sont des préoccupations majeures. Dans le but de mieux protéger et d'améliorer la qualité des eaux, la communauté européenne s'est dotée d'une directive cadre sur l'eau (DCE). Celle-ci vise d'ici 2015 à veiller à la non-dégradation et au maintien d'un bon état général des eaux. La directive vise une liste de polluants et parmi ceux-ci, les métaux lourds. Elle ne fait pas encore mention des nanoparticules manufacturées considérées comme polluants émergents. Néanmoins, ces dernières doivent être surveillées. Aujourd'hui l'INERIS engage des actions de recherches axées sur la métrologie de l'environnement dans le but de contribuer à l'amélioration de la mesure des concentrations de polluants dans les eaux, avec comme applications le monitoring environnemental, le contrôle des effluents d'un procédé industriel, etc. Réduire la pollution implique le suivi de ces polluants à l'état particulaire avec des outils adéquats. Les contraintes imposées par des réglementations de plus en plus strictes sur les métaux lourds et l'émergence de nouveaux polluants (nanoparticules) impliquent le développement de nouveaux outils aptes à répondre aux problématiques de mesurage posées et permettant une analyse in-situ, automatique et en temps réel. La technique LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) a été retenue pour la conception de cet outil. Elle permet l'identification chimique élémentaire de l'eau in situ et en temps réel. Elle permet également la détermination de la concentration en masse du polluant aussi bien à l'état dissout qu'à l'état particulaire

La pollution des eaux est une préoccupation majeure tant au niveau national qu’européen. Avec l'objectif visé de préserver et d’améliorer la qualité des eaux, la communauté européenne a adopté une Directive Cadre sur l'Eau (DCE). Son objectif est de parvenir à un bon état écologique et chimique des eaux d'ici l’année 2015. Dans ce contexte, la recherche en métrologie a été engagée à l'INERIS afin de détecter les polluants dans les liquides sous forme particulaire, bien que cette dernière forme ne soit pas directement visée par la DCE. Cependant, les particules sont connues pour jouer un rôle important dans le transport des polluants tels que les métaux lourds. En outre, les NOAA (Nano-Objets, leurs Agglomérats et leurs Agrégats), considérés comme des polluants émergents, sont un objet de préoccupation dont la détection devrait être rendue possible. La surveillance et le contrôle de tels polluants, par exemple dans les eaux de rejet d’industries impliquées dans la fabrication de (nano-micro) particules, nécessitent le développement d’instruments de mesure aptes à répondre à cette problématique. Ainsi, la technique de spectroscopie de plasma induit par laser ou technique LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) a été retenue à l’INERIS pour aborder ces enjeux. Dans ce travail, le couplage de la technique LIBS avec un jet de liquide a été étudié dans le but de réaliser l'identification chimique élémentaire et la détermination de la concentration en masse des éléments composant les particules en suspension dans l’eau, in situ et en temps réel. Des particules micrométriques de borosilicate avec des distributions en taille monodispersés ont été utilisées pour simuler des agrégats de nanoparticules dans les suspensions. En utilisant les spectres LIBS enregistrés correspondant à la détection de particules, l'évolution du volume échantillonné (Ve) en fonction de l'énergie laser a été estimée en même temps que les variations du rapport signal sur bruit (SNR). Le rapport signal sur bruit et le volume échantillonné ont montré une saturation en fonction de la fluence laser. En outre, le volume échantillonné s’est avéré bien inférieur au volume délimité par l’intersection du jet liquide avec le faisceau laser. De plus, le signal LIBS est constant en fonction du diamètre des particules, suggérant la possibilité d’une vaporisation non complète des particules. L’ensemble de ces résultats indiquent les limites du couplage du jet liquide avec la technique LIBS pour la détection de particules dans des liquides. L’évolution du volume échantillonné et du rapport signal sur bruit en fonction de la fluence laser a été comparée pour deux longueurs d’onde laser 532 et 266 nm. Cette comparaison a montré que l’utilisation de la longueur d’onde à 266 nm permet d’obtenir de meilleurs résultats en termes de rapport signal sur bruit sur une gamme d’énergie s’échelonnant de 3 à 20 mJ. Suite à ces optimisations, une première limite de détection a été évaluée sur des suspensions de nanoparticules de dioxyde de titane.