AIFIRA valide une nouvelle technique d'analyse chimique par laser

Le CENBG a collaboré au projet d'intercalibration d'un procédé innovant d’analyse de la matière, où les échantillons sont sondés à l’aide d’un plasma généré par un laser haute puissance. Un travail récemment publié dans la revue Science Advances.

Les lasers haute puissance pourraient bientôt devenir les auxiliaires des scientifiques du patrimoine, en offrant de révéler les propriétés chimiques, optiques et cristallines d’un échantillon sans l’abimer. En effet, lorsqu’ils éclairent l’air, ces lasers créent un plasma qui va bombarder d’électrons et de photons la surface à analyser. Ce pilonnage a pour effet d’exciter les atomes de l’échantillon et de les forcer à émettre de la luminescence (In-Air PIL). Luminescence qui va alors trahir leur nature et leur organisation. Voilà pour le principe, restait à en valider le potentiel face aux autres techniques usuelles de caractérisation. Tel était l'enjeu derrière l'article paru sur cette nouvelle technique dans la revue Science Advances du 7 juin dernier et auquel était associé l'IN2P3.

Technique IN-Air PIL
Technique In-Air PIL : Une petite zone en surface de la poterie devient luminescente sous l'influence du plasma tout proche. 1) Zone de formation du plasma 2) Masque percé d'un petit orifice 3) Spot luminescent formé à la surface de l'échantillon. / Image INRS

 

Pour mener leurs investigations, les chercheurs québécois du Centre "Energie Matériaux Télécommunications " de l'INRS (Institut National de la Recherche Scientifique) se sont notamment rendus au Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan (CENBG) où se trouve la plateforme AIFIRA permettant l’analyse par faisceau d’ions. AIFIRA est en effet d'une efficacité redoutable lorsqu’il s’agit de caractériser des matériaux. « Le faisceau pénètre sur près de 100 microns d'épaisseur et ne fait que quelques centaines de microns de diamètre » précise Stéphanie Sorieul, ingénieure de recherche au CENBG et co-signataire de l’article. En comparaison, le laser balaye un spot de quelques centimètres à la surface des matériaux et ne pénètre pas au-delà du micron de profondeur.

Montage AIFIRA
Banc d'analyse d'AIFIRA. 1) Arrivée du faisceau d'ions 2) fenêtre de sortie à l'air du faisceau 3) Détecteurs, au nombre de deux disposés de chaque côté. / Image CENBG

 

Le challenge, dans le cadre de cette étude, consistait à caractériser des pigments proches de ceux utilisés par les grands maîtres de la peinture, et plus précisément de détecter les modifications chimiques qui les ternissent progressivement, surtout quand ils sont exposés à la lumière. Réponse : les variations détectées sur AIFIRA ont également été observées avec le laser haute puissance. Un résultat encourageant donc pour ces lasers compacts qui pourraient bien à l'avenir révolutionner l'analyse des sites archéologiques en permettant d'y faire des études directement in situ.

Contacts :

Emmanuel Jullien
Chargé de communication
communication@in2p3.fr

 

Stéphanie Sorieul
ingénieure de recherche au CENBG
sorieul@cenbg.in2p3.fr