Spectroscopie du plasma d`ablation laser appliquée à l`analyse du

Ministre de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Science et de la Technologie d’Oran «Mohamed Boudiaf»
Faculté des Sciences
Département de Physique
Spécialité : Physique option : Physique des Matériaux &des Plasma
Melle . BENCHERIF Fatima
Mémoire en vue d’obtention du diplôme de Magister
Thème :
Soutenance prévue le juin 2011 devant le jury composé de :
Qualité Nom&Prénoms Grade
Président M. KAMECHE Mostefa Professeur USTO- MB
Etb d’origine
Rapporteur M. BABA-HAMED Tewfik M.C.A USTO- MB
Examinateur M. BELASRI Ahmed Professeur USTO- MB
Examinateur M. DIB Anis Samy Amine M.C.A USTO- MB
Membre invité M. BELDJILALI Sid Ahmed M.A.A USTO- MB
2010/2011
Spectroscopie du plasma d’ablation laser
appliquée à l’analyse du laiton

Remerciements
Je souhaite tout d'abord remercier chaleureusement Monsieur T. BABA
HAMED, pour toute l’attention qu’il à apporter à la direction de ce travail,
pour son aide, sa disponibilité et ses précieux conseils, qu’il veuille bien trouver
ici le travail de mon profond respect et de ma reconnaissance.
Je remercie également Mr. JOIG HERMANN directeur de recherche au
laboratoire LP3 à l’université d’Aix-Marseille II, France pour son aide et pour
les fichiers data des valeurs expérimentales et les documentations
bibliographiques qui mon envoyé.
Je tiens à remercier chaleureusement le professeur M.KAMECHE
d’avoir accepter à présider le jury. Merci pour votre gentillesse et disponibilité.
Je tiens aussi à remercier vivement le directeur de la post de graduation
physique des plasmas et des matériaux, le professeur A.BELASRI pour avoir
suivi avec beaucoup d’intérêt mon travail de thèse et pour ses précieux conseils.
Ainsi d’avoir accepter à participer au jury.
Mes remerciements les plus sincères vont aussi à Monsieur S.
BELDJILALI maître d’assistance, Monsieur A. DIB maître de conférences, pour
avoir bien voulu examiner ce travail.

Dédicaces
Je dédie ce travail à :
Ma très chère maman pour tout leur soutien moral
durant ces années d’études.
Mes chers frères (Abed, Arbi, Abed Kader, Mohamed,
Ali, Gholam Allah).
A mes proches et mes amis

TABLE DES MATIERES
Introduction général……………………………………………………………………… 1
Chapitre I : Spectroscopie du plasma par ablation laser
I.1. H i s t o r i q u e………………………………………………………... 3
I.2. Définition de LIBS……………………………………………………... 4
I.3. Domaines d’applications……………………………………………............. 5
I.4.Principe de la spectroscopie de plasma induit par laser……………………… 7
I.4.1.Principe général…………………………………………………….. 7
I.4.2. Spécificités analytiques de la technique LIBS……………............. 8
I.4.3.Les différents types d’interactions laser et matière………………... 9
I.4.3.1.Interaction laser-cible et laser-plasma……………………........... 11
I.4.3.2. Interaction laser-surface………………………………………... 14
I.4.3.3. Interaction laser-plasma-matériau………………………………. 14
I.5.Rôle des paramètres optiques contrôlant l’ablation laser……………............. 14
I.5.1.Divers paramètres laser……………………………………………. 15
I.5.1.1. Longueur d’onde du faisceau incident………………….. 15
I.5.1.2. Durée de l’impulsion laser……………………………… 17
I.5.1.3.Energie de l’impulsion laser……………………………. 18
I.5.1.4. Angle d’incidence du faisceau laser……………………. 19
I.5.2. Cible……………………………………………………………… 19
I.5.2.1. Paramètres de l’échantillon………………………........... 20
I.5.2.2. Nature et pression du gaz ambiant……………………… 20
I.5.3.Collecte et analyse du signal……………………………………… 21
I.5.3.1.Dispositif de collecte…………………………………… 22
I.5.3.2.Spectromètre…………………………………………… 23
I.5.3.3. Détecteur……………………………………………… 25
I.6.diagnostic des plasmas par spectroscopie d'émission atomique…………… 26
I.6.1.Spectrométrie d’émission atomique……………………………… 26
I.6.2.Relaxation du plasma……………………………………………. 29
I.7. Caractéristiques des unités d’analyses LIBS réalisées…………………….. 31
I.7.1.Caractéristiques de bases d’une chaine de mesure par LIBS… …. 31
I.7.2. Procédé d’élaboration du plasma………………………………. 31
I.7.2.1. Lasers Nd : YAG…………………………………………... … 31
I.7.2.2. Caractéristiques des lasers Nd : YAG……………………… .. 33

Chapitre II : Modèle Physique
II.1. Modèles d’équilibre………………………………………………………………… 34
II.1.1. Equilibre Thermodynamique Complet (E.T.C.)…………………………... 35
II.1.2. Equilibre thermodynamique local (E.T.L.)………………………............. 36
II.1.3. Caractéristiques de l’équilibre thermodynamique local (E.T.L)………… 36
II.2.Profil, élargissement et déplacement des rais atomiques…………………………… 39
II.2.1. Profil d’une raie………………………………………………………….. 40
II.2.2.Elargissements physiques des raies………………………………............ 41
II.2.3. Influence de l’élargissement des raies sur le transfert radiatif………….. 42
II.2.4. Types d’élargissement…………………………………………………… 42
II.2.4.1. Elargissement naturel………………………………………………….. 43
II.2.4.2. Elargissement Doppler………………………………………….. ……. 43
III.2.4.3 Elargissement de pression……………………………………………. 45
II.2.4.4. Elargissement par collisions-Effet Stark……………………………… 45
II.3.Détermination de la densité électronique de la température de plasma……… …… 47
II.3.1. Densité électronique…………………………………………………….. 48
II.3.2. Température du plasma ………………………………………………… 49
II.3.2.1. Rapport d'intensité de deux raies……………………………… 50
II.3.2.2. Méthode du graphique de Boltzmann…………………………. 51
Chapitre III : Le laiton et son spectre expérimental
III.1.les caractéristique du laiton………………………………………………….......... 52
III.1.1.Définition du laiton……………………………………………………… 52
III.1.2. Domaines d'application…………………………………………………. 52
III.1.3.Propriétés physiques……………………………………………….......... 53
III.1.4.Masse volumique………………………………………………………… 54
III.2. Spectre expérimental d’un plasma émis par ablation laser du laiton……………… 56
III.1.5.Utilisation…………………………………………………………… …… 55
III.2.1. Etude expérimental……………………………………………………… 56
III.2.2.Protocole d'acquisition des spectres………………………………............ 58
III.2.2.1.Méthodes de diagnostique……………………………….. …… 58
III.2.2.2. Traitement des spectres………………………………………. 60
 Détection de cuivre sur la région 510.55 ; 515.32 ; 521.82 ; 465.11
et 296.12 nm…………………………………………………………………………… 61
 Détection de zinc sur la région 472.215 ; 468.780 et 481.205 nm……………… 63