Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les sols contiennent généralement de l'eau, de l'air, des composés minéraux et organiques. Mais des traces de métaux peuvent également être trouvées, et lorsque que la pollution est importante en métaux lourds, cela devient néfaste pour l'environnement et pour la santé. Avant de dépolluer les sols contaminés, il est nécessaire de réaliser des tests. La technique de spectroscopie d'émission de plasma induit par laser, dite LIBS, permet de réaliser des diagnostics directement sur les sites pollués. Elle permet un grand nombre d'analyses semi-quantitatives sur site, peu coûteuses, traçant une cartographie de la pollution du site examiné. Cet article détaille cette technique, en présentant en premier lieu l'intérêt de réaliser des mesures sur site. Ensuite, le principe de la spectroscopie laser est expliqué. Enfin, la méthode de traitement et d'analyse des données est détaillée.
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Soils generally contain water, air as well as inorganic and organic compounds. However, traces of metals can also be found, and where there is significant heavy metal pollution, it becomes harmful to the environment and to health. Tests must be carried out before proceeding to the decontamination of soils. The technique laser-induced breakdown spectroscopy, called LIBS allows for carrying out diagnostics directly on contaminated sites. It also allows for a large number of onsite, inexpensive, semi-quantitative analysis, inexpensive, which provide a mapping of the pollution of the site examined. This article details this technique by presenting the interest of making on-site measurement. The principle of the laser spectroscopy is then explained. To conclude, the method of treatment and data analysis is detailed.
INTRODUCTION
Sur un chantier de dépollution, les décisions relatives au traitement des sols contaminés par les métaux lourds sont prises sur la base de quelques analyses de laboratoire très coûteuses. Les mesures sur site présentent donc un immense intérêt car elles permettent d'optimiser la phase d'échantillonnage et d'analyser en laboratoire uniquement les quelques échantillons qui ont fait l'objet d'une sélection. Dans ce dossier, nous présentons un diagnostic sur site de sols pollués, basé sur la spectroscopie d'émission de plasma induit par laser, dite LIBS.
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Conclusion
En anglais
3. Traitement des spectres LIBS dans l'analyse des sols
Le spectre LIBS d'un sol contient d'une part les raies d'émission intenses des éléments majeurs et d'autre part les raies peu ou très peu intenses des éléments traces.
La figure en donne un exemple, sur une bande spectrale allant de 250 à 450 nm.
L'analyse d'un spectre LIBS comporte deux phases. Une première phase, dite qualitative, qui permet de dresser la liste des éléments chimiques en présence suivie d'une seconde phase, dite quantitative, au cours de laquelle on essaie de remonter aux valeurs des concentrations.
3.1 Analyse qualitative
L'analyse qualitative a pour but de prouver la présence d'un élément dans l'échantillon analysé. Cette étape passe par l'identification des raies atomiques dans le spectre LIBS. Les raies atomiques des différents éléments sont référencées dans des bases de données telles que celle du National institute of standard technology (NIST) . L'identification des raies est un processus délicat. En effet, deux raies appartenant à deux éléments différents peuvent avoir des longueurs d'onde si proches qu'il sera difficile d'attribuer la raie à l'un ou l'autre, même avec un spectromètre ayant une très bonne résolution spectrale. Lorsqu'il y a un doute, il est nécessaire d'avoir recours à d'autres raies spectrales pour trancher en veillant à ne pas utiliser des raies liées à des niveaux d'ionisation trop élevés puisque le plasma LIBS est limité à des espèces ionisées deux fois au maximum.
De façon générale, une raie unique ne suffit pas pour certifier la présence d'un élément et on cherchera à détecter plusieurs raies d'un même élément pour pouvoir affirmer qu'il est présent.
Par ailleurs, lorsque le plasma devient optiquement épais, certains rayonnements émis par les atomes ou les ions peuvent être réabsorbés dans le plasma. Ce phénomène d'autoabsorption entraîne une déformation de la raie d'émission concernée – saturation du pic, élargissement – qui peut même aller jusqu'au creusement d'un trou au centre de la raie d'émission comme en témoigne la figure . Dans ce cas, la recherche de maximum ne pourra évidemment pas donner de résultat satisfaisant et cela constitue une limite pour l'analyse qualitative.
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Traitement des spectres LIBS dans l'analyse des sols
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À lire également dans nos bases
MAUCHIEN (P.) - LAZARE (S.) - MOTTAY (E.) - BERTHOUD (T.) - Spectrométries laser en analyse et caractérisation - [P 2 685] Rubrique « Spectrométries des rayonnements électromagnétiques » (2007).
MIZIOLEK (A.W.) - PALLESCHI (V.) - SCHECHTER (I.) - Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Fundamentals and applications - Cambridge University Press, New-York (2006).
CREMERS (D.A.) - RADZIEMSKI (L.J.) - Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy - Wiley (2006).
SINGH (J.P.) - THAKUR (S.N.) - Laser-Induced Breakdown Spectroscopy - Elsevier Science (2007).
NIST - Basic atomic spectroscopic data - [en ligne]. Dans NIST. Site Web du National Institute of Standards and Technology. http://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/periodictable.htm (site Web consulté le 29/09/2008).
BARNES (R.J.) - DHANOA (M.S.) - LISTER (S.J.) - Standard normal variate transformation and detrending of near-infrared diffuse reflectance spectra - Appl. Spectroscopy...
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