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Une meilleure façon de mesurer les atomes d’oxygène en plasmas réactifs : le LPP au synchrotron SOLEIL

Les atomes d’oxygène sont une espèce réactive essentielle pour de nombreux environnements réactifs contenant de l’oxygène (O2), tels que les plasmas utilisés pour des traitements de surface industriels, les plasmas atmosphériques pour les applications médicales, la combustion assistée par plasma ou la valorisation du CO2. De nombreuses méthodes ont été développées pour mesurer leur concentration, sur laquelle repose la compréhension et le contrôle du comportement de ces systèmes. Toutefois, ces méthodes de mesures (notamment la fluorescence à deux photons induite par laser, TALIF, ou la spectroscopie d’émission) ont des marges d’erreurs assez larges car elles reposent sur de délicates procédures de calibrations ou des hypothèses discutables. La spectroscopie d’absorption est un moyen plus direct de mesurer des concentrations absolues avec une grande précision. La difficulté est que les atomes d’oxygène n’absorbent la lumière que dans le domaine ultraviolet lointain (VUV, inférieur à 200 nm) ; Une autre difficulté est que les raies résonnantes bien connues à 130 nm ne peuvent pas être utilisées car elles sont si fortes que toute la lumière à cette longueur d’onde est absorbée au travers du réacteur.

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A gauche : La ligne VUV DESIRS du synchrotron SOLEIL. A droite : Abhyuday Chatterjee devant l’installation expérimentale.

Abhyuday Chatterjee (doctorant en co-tutelle entre le LPP et le Synchrotron SOLEIL, financé par le LabeX Plas@par et supervisé par Jean-Paul Booth) est allé utiliser la ligne VUV DESIRS du synchrotron SOLEIL qui est doté d’un spectromètre à transformée de Fourier haute résolution (106) unique au monde, pour mesurer pour la première fois les atomes d’oxygènes en utilisant une transition interdite (100 000 fois plus faible que les raies résonnantes) à 135 nm, permettant d’obtenir des absorptions de quelques dizaines de pourcent idéales pour une quantification précise. Ces mesures constituent une partie d’un projet plus vaste dédié à la réactivité des décharges plasma en oxygène, en collaboration avec Olivier Guaitella et une équipe du Moscow State University via le LIA KAPPA.


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