fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche de l'Institut de physique expérimentale de l'Université technique de Graz (TU Graz) a développé un nouveau spectromètre à double peigne ultraviolet, capable de détecter les polluants atmosphériques gazeux avec une précision et une sensibilité extrêmement élevées. Cet appareil utilise un double faisceau laser ultraviolet pour mesurer la concentration de gaz nocifs tels que le formaldéhyde en une demi-seconde, avec une portée de mesure allant jusqu'à 2,5 kilomètres, adapté à la mesure mobile des polluants atmosphériques et des fuites de gaz dans les zones urbaines, industrielles et agricoles.

Le principe de fonctionnement de ce spectromètre est le suivant : l'appareil génère en une fraction de seconde deux impulsions laser dans le domaine spectral ultraviolet, qui, en éclairant les molécules de gaz, excitent les électrons et provoquent des transitions vibrationnelles-rotationnelles. Chaque substance gazeuse possède des transitions vibrationnelles-rotationnelles uniques et absorbe une partie du laser de manière spécifique, formant ainsi une « empreinte digitale » propre. Birgitta Schultze-Bernhardt, responsable de l'équipe de recherche, explique que le spectromètre à double peigne ultraviolet est capable d'identifier ces caractéristiques.

Il y a environ deux ans, Schultze-Bernhardt et son équipe ont développé la première version du spectromètre, alors le premier appareil de ce type au monde, mais les mesures nécessitaient un dispositif de laboratoire de grande taille. La nouvelle version a été réduite à la taille d'un carton de déménagement, grâce à l'utilisation d'une seule source laser pour générer les doubles impulsions laser et à la simplification des étapes complexes de stabilisation électronique du système.

Ce spectromètre peut détecter les fréquences ultraviolettes avec une résolution de 1 GHz, surpassant les performances des spectromètres ultraviolets traditionnels. Lors des tests sur le formaldéhyde, les chercheurs ont obtenu de nouvelles découvertes sur l'absorption ultraviolette de ce polluant atmosphérique, mesurant des motifs d'absorption qui n'avaient pas été observés auparavant en raison de la résolution insuffisante des appareils.

Grâce aux données de mesure de l'Université technique de Graz, des erreurs ont été découvertes dans les constantes de rotation du formaldéhyde conservées dans les bases de données physiques et les manuels depuis les années 1960. Schultze-Bernhardt indique qu'en collaboration avec la Division de physique atomique et moléculaire du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (États-Unis), l'équipe a corrigé les valeurs des paramètres de cette molécule jusqu'à 15 %. Cette avancée en recherche fondamentale a également bénéficié de la collaboration avec Rolf Breinbauer de l'Institut de chimie organique de l'Université technique de Graz (Institut für Organische Chemie, TU Graz), qui a préparé du formaldéhyde de haute pureté pour l'étude via un procédé en deux étapes.

Outre la recherche fondamentale, ce spectromètre a le potentiel de rendre les mesures des polluants atmosphériques et des fuites de gaz dans les zones urbaines et industrielles plus précises et plus simples. Schultze-Bernhardt déclare que l'appareil peut, en principe, détecter avec précision toute substance gazeuse semi-transparente, et l'équipe travaille à déterminer la concentration de plusieurs polluants en une seule mesure. Dans le cadre d'un « Proof of Concept Grant » du Conseil européen de la recherche (ERC), elle développe un spectromètre ultraviolet destiné à la surveillance de la qualité de l'air, utilisable par des non-spécialistes tels que des entreprises ou des agences environnementales.

Le développement de ce spectromètre à double peigne ultraviolet repose sur un projet de recherche dirigé par Schultze-Bernhardt, financé par le Fonds autrichien pour la science (FWF) et le Conseil européen de la recherche (ERC). L'initiative de coopération de Graz (NAWI Graz) a fourni des fonds pour la nouvelle source laser du spectromètre actuel dans le cadre du financement de l'infrastructure.