Principe de la spectroscopie LIBS
Spectroscopie laser appliquée à l'analyse des sols pollués

La spectroscopie LIBS est une spectroscopie d'émission atomique à partir d'un plasma induit par laser. L'acronyme LIBS signifie Laser-Induced Breakdown Spectroscopy mais on trouve également la dénomination LIPS pour Laser-Induced Plasma Spectroscopy pour désigner cette même technique. Elle fait partie des nombreuses techniques de spectroscopie basées sur l'utilisation d'un laser . Des ouvrages récents    décrivent en détail les principes physiques de la technique ainsi que ses applications. Une brève description est proposée ci-après.

Lorsque la focalisation d'une impulsion laser intense se produit à la surface d'un matériau solide, la fluence laser peut dépasser la valeur qui correspond au seuil d'ablation. Dans ce cas, l'ablation induite par le laser génère un cratère à la surface du matériau et s'accompagne de la création d'un plasma, c'est-à-dire d'un gaz ionisé, qui contient les éléments chimiques arrachés au matériau.

La matière éjectée constitue ce que l'on appelle une plume dans laquelle les atomes et les ions subissent de nombreuses collisions de la part des électrons libres et se trouvent ainsi dans des états excités. Lorsqu'ils se désexcitent, ils émettent un rayonnement caractérisé par un spectre de raies, chaque raie étant associée à une transition entre deux niveaux quantiques d'énergie.

Ainsi, chaque élément chimique est caractérisé par un ensemble de raies atomiques qui constituent son « empreinte digitale ». Etant donnée l'énergie déposée sur le matériau par le laser, un plasma LIBS est constitué d'atomes neutres et ionisés une à deux fois au maximum de sorte que les raies d'émission associées sont observables dans la gamme spectrale allant de l'ultraviolet au proche infrarouge. Certains éléments chimiques présentent des raies atomiques extrêmement proches si bien que la spectroscopie LIBS nécessite souvent l'utilisation d'un spectromètre à très bonne résolution spectrale (λ/Δλ > 10 000).

La température initiale d'un plasma LIBS est le plus souvent entre 10 000 et 20 000 K tandis que sa densité d'électrons est typiquement de l'ordre de 10¹⁷ à 10¹⁸ électrons/cm³. La plume analysée en spectroscopie LIBS est supposée représenter de façon stœchiométrique le matériau ablaté par le laser.

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