L'objectif de ce projet porte sur le développement d'applications industrielles dans le domaine des traitements de surface par plasmas froids. L'emploi de cette technique pour le traitement de surface polymère reste de manière générale une alternative intéressante à la voie chimique. La création d'un réacteur prototype de grand volume répond aux attentes très diverses des industriels. Par son caractère évolutif, la plate-forme plasma froid du CRITT est un véritable outil de recherche dédié à l'industrie. Un des thèmes émergents de ces dernières années concerne l'utilisation des plasmas froids comme moyen alternatif pour la stérilisation des dispositifs médicaux. En effet, les techniques conventionnelles ne permettent pas une inactivation performante de certains micro-organismes pathogènes et les conditions de traitement parfois extrêmes n'assurent pas la pérennité du matériel médical. Préalablement à une validation clinique nécessaire à son développement en milieu industriel ou médical, ce nouveau procédé doit naturellement faire la preuve de son efficacité. L'étude réalisée présente les principaux mécanismes susceptibles d'expliquer l'inactivation d'un micro-organisme exposé au plasma. L'action en synergie de photons UV et d'espèces actives comme l'oxygène atomique confère à cette technologie une cinétique d'inactivation particulière. La production de ces agents actifs est optimisée par un diagnostic du plasma en spectroscopie optique, permettant ainsi d'atteindre des degrés d'inactivation très prometteurs. Même si l'efficacité du plasma n'est plus à démontrer, la problématique du conditionnement, qui fait partie intégrante d'un procédé, se pose toujours en milieu industriel. L'inhibition du plasma diffusant à travers un sachet poreux ne permet pas d'obtenir l'état stérile. Une solution consistant à générer un plasma induit dans un sachet, assurant ainsi un contact intime entre les espèces actives du plasma et le dispositif à stériliser, est donc discutée.

Au Québec, 19 mines d'or produisent plus de 1.8 milliard dollars canadiens d'or annuellement. Dans ces mines, des centaines d'échantillons de roches sont collectées quotidiennement, et envoyées au laboratoire afin de déterminer leurs concentrations en or. Étant donné que les résultats du laboratoire ne sont disponibles qu'après 24 à 48 heures, il s'en suit un impact direct négatif sur les activités minières. Les avancées technologiques des dernières années laissent croire que la spectroscopie sur plasma induite par laser (LIBS) pourrait constituer une technologie prometteuse pour mesurer en temps réel et in-situ, la teneur en or de la roche. Considérant la taille de chaque tir produit par le laser sur un échantillon de roche, à savoir 500 µm, de très nombreux tirs seront requis afin d'obtenir un résultat représentatif de l'échantillon analysé. À titre d'exemple, pour un échantillon de carotte de 50 cm de long, et une surface analysée comprise entre 70 et 80%, 10000 tirs lasers ont été effectués afin de s'assurer d'obtenir un résultat représentatif de l'échantillon, avec un temps d'acquisition d'une demi-journée en laboratoire, soit une durée trop longue pour une application pratique dans les mines. Pour cette raison, l'objectif de ce projet est de développer une stratégie afin de minimiser le nombre de tirs LIBS requis sur un échantillon à analyser, tout en demeurant représentatif de ce dernier, et ainsi obtenir une mesure fiable et précise de la teneur en or. Pour ce faire, une analyse statistique descriptive combinée à plusieurs motifs élaborés à partir des 10000 points de mesure est appliquée sur les données LIBS. En se fixant un compromis entre le nombre de tirs à réaliser sur un échantillon (roche) et le temps d'analyse, le motif défini « Boucle » minimise le mieux le nombre de tirs avec un temps d'analyse acceptable par une opération minière. À partir de ce dernier, un protocole d'échantillonnage a été élaboré, où pour être représentatif des échantillons de carottes, 1500 tirs sont nécessaires tandis que pour les échantillons de roches, seuls 100 tirs suffisent. Cependant, il serait important de pouvoir tester ce protocole d'échantillonnage sur plusieurs échantillons miniers afin de pouvoir valider ce dernier. / In Quebec, 19 gold mines produce more than C (dollar) 1.8 billion of gold annually. In these mines, hundreds of rock samples are collected daily and sent to the laboratory to determine their gold concentrations. Since laboratory results are only available after 24 to 48 hours, there is a direct negative impact on mining activities. Technological advances in recent years suggest that Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) may be a promising technology for real-time and in-situ measurement of the gold content of rock samples. Considering the size of each shot produced by the laser on a rock sample, namely 500 µm, many shots will be required in order to obtain a representative result of the sample analyzed. For example, for a 50 cm long core sample, and a surface analyzed between 70 and 80%, 10,000 laser shots were fired to ensure to obtain a result representative of the sample, with an acquisition time of half a day in the laboratory, which is a too long period of time for a practical application in mines. For this reason, the objective of this project is to minimize the number of LIBS shots required on a sample to be analyzed, while remaining representative of the latter, and thus obtain a reliable and accurate measurement of the gold content. For this, a descriptive statistical analysis combined with several elaborate patterns is applied to the 10,000 LIBS data obtained. By setting a compromise between the number of shots to be made on a sample and the analysis time, the Loop pattern minimizes the number of shots with an acceptable analysis time. From the latter, a sampling protocol has been developed, where to be representative of core samples, 1500 shots are needed whereas for rock samples, only 100 shots are needed. However, it would be important to be

Sur Mars, la datation par comptage de densité de cratères est actuellement la seule méthode utilisée pour dater les surfaces planétaires. Cependant, sur Mars, elle n’a pas encore été corrigé et complété par des datations absolues. Ce travail consiste à développer un prototype démontrant le potentiel d’une nouvelle approche expérimentale basée sur la méthode K-Ar pour dater les roches martiennes in situ. L’objectif à terme est de proposer une solution instrumentale de datation absolue pour un futur rover d’exploration.Un laser Nd :YAG quadruplé pour tirer à 266 nm ablate un échantillon basaltique mis sous vide secondaire. L’observation du plasma par « Laser Induced Breakdown Spectroscopy » apporte des informations sur la concentration en K et sur la nature chimique et minéralogique de la cible. Puisque l’ablation est faite par un laser UV et sous vide secondaire, l’ablation est reproductible par minéralogie. La reconnaissance stoechiométrique permet donc d’estimer la masse vaporisée. Après purification des gaz libérés, un spectromètre de masse quadripolaire détermine la quantité d’argon.L’ensemble de ces mesures pourvoit un âge avec une incertitude théorique de 13% dans les meilleures conditions.Les calibrations du dispositif expérimental ont apporté de nombreuses informations sur des effets sur les spectres LIBS provoqués par l’ablation sous vide secondaire. L’augmentation de la pression e tla variation de géométrie du cratère d’ablation ont des effets opposés sur les pics des éléments.Nous avons aussi démontré que l’instrument était capable de mesurer l’âge de la mésostase de roche basaltique et qu’il offre des perspectives intéressantes sur certaines phases minérales comme la biotite. / Crater counting is the only method used on Mars to give relative geochronological information but it never had been fitted and corrected by absolute geochronology. This work is about the development of a new prototype demonstrating the ability of a protocol using in situ K-Ar dating. The goal is to propose a solution of an absolute geochronology for the next explorations rovers. A quadrupled Nd:YAG laser at 266 nm ablates a basaltic sample under high vacuum. The light collection by a spectrometer (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) gives the rate of potassium and the chemical or the mineralogy of the target. Thanks to the specificities of the ablation in highvacuum and with a UV laser, the ablated mass has a good reproducibility per mineralogy. Thus, theLIBS identification gives an estimation of the ablated mass. After the purification of the released gas,a quadrupole mass spectrometer determines the quantity of argon. All these measures give an age with a theoretical uncertainty of 13% in the best conditions.The calibration of the experiment had given new information about the effects on LIBS spectrarelated to the ablation under high vacuum. The rise of the pressure and the variation of geometry of the pit have opposite effects on the elements peaks. We also demonstrated that the instrument was capable of measuring the age of the groundmass of basalt and has some interesting perspectives on some mineral phases such as biotite.

Thèse de Doctorat--Chimie--Université d'Orléans, Ecole doctorale Sciences et technologies, Centre Ernest Babelon, Institut de recherche sur les archéométaux, 2008. / Bibliogr. p. 211.

Reproduction de : Thèse doctorat : Environnement et matériaux : Pau : 2009. / Titre provenant de l'écran titre.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. 127-129. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Diss.--Delft University of technology, 1999. / Bibliogr. à la fin des chapitres.

Le besoin d’allumer avec un temps très court les moteurs aéronautiques a conduit à de nombreuses études. Cependant, le processus d’allumage n’est pas encore parfaitement compris. Beaucoup d’études expérimentales sont basées sur l’obtention de probabilité d’allumage en différents points et sous différentes conditions moyennes de l’écoulement mais peu se sont concentrées sur l’étude d’un évènement unique. La raison pour le peu de compréhension totale est la nature transiente de l’allumage, qui dépend de nombreux paramètres physiques, avant, pendant et après le dépôt de l’énergie. Le but de cette étude est de développer les outils nécessaires à la compréhension d’évènements uniques en mesurant simultanément plusieurs paramètres affectant le processus d’allumage. Une nouvelle technique de mesure; la spectroscopie en deux dimensions de plasma induit par laser (2D-LIPS) a été mise au point pour obtenir les gradients de concentration d’espèces et d’énergie dans un plasma induit par laser. Cette technique se base sur l’utilisation de deux caméras, chacune munies d’un filtre interférentiel centré sur une transition atomique. Cette technique permet d’obtenir la taille initiale du plasma contenant une concentration minimale en combustible, ce qui permet de justifier le succès/l’échec d’un évènement. Elle a d’abord été validée dans une couche de mélange air/oxygène afin d’en déterminer les incertitudes et la résolution spatiale. Elle a ensuite été appliquée à un système d’injection aéronautique. Le débit d’air, préchauffé à 200_C, a été fixé à 10 g/s et les gouttes de dodécane avaient un diamètre moyen de Sauter entre 30 et 40 _m. Cet injecteur présente une instabilité aérodynamique de type Precessing Vortex Core aux alentours de 550 Hz, mesurée par 2D-PIV sur les gouttes à 20 kHz . Les mesures simultanées de 2D-LIPS et et 2D-PIV à 20 kHz ont permis d’établir un scénario d’allumage. Une concentration minimum de dodécane ainsi qu’une taille minimum de plasma sont nécessaires mais non suffisants à un allumage réussi. La force du PVC semble aussi jouer un rôle dans le destin du noyau initial. L’étude propose d’établir des probabilités conditionnées d’allumage en utilisant les mesures de 2D-LIPS. Il est ainsi montré que des essais d’allumage menant à une probabilité non conditionnée de 33% peuvent mener, grâce à la 2D-LIPS, à une probabilité conditionnée de 88%. / The need to ignite within a very short time the aircraft engines led to many studies. However, the ignition process is not yet fully understood. Many experimental studies are based on obtaining ignition probability at different points and in different average flow conditions but few have focused on the study of a single ignition event. The reason for the lack of full understanding is transient nature of the the ignition process, which depends on many physical parameters, before, during and after the deposition of spark energy. The purpose of this study is to develop the tools necessary to understand unique events by simultaneously measuring multiple parameters that affect the ignition process. A new technique of measurement, two-dimensional laser-induced plasma spectroscopy (2D-LIPS) was developed for the spatially resolved concentration gradients of species and energy in a laser-induced plasma. This technique is based on the use of two cameras, each provided with an interference filter centered on a transition atomic emission. This technique provides the initial size of plasma containing the minimum fuel concentration, thereby justifying the success/failure of an event. It was first validated in a mixing layer of air/nitrogen mixture to determine and resolve the spatial uncertainty of the technique. It was then applied to an aviation fuel injection system. The flow of air, preheated to 200_C, was set at 10 g/s and drops of dodecane having a Sauter mean diameter between 30 and 40 _m were inserted. This injector has a aerodynamic instability type Precessing Vortex Core around 550 Hz, measured by 2D-PIV on the droplets at 20 kHz. Simultaneous measurements 2D-LIPS and 2D-PIV at 20 kHz have established a scenario of ignition. A minimum concentration of dodecane and a minimum size of plasma are necessary but not sufficient for a successful ignition. The strength of PVC also appears to play a role in the fate of the initial nucleus. The study proposes to establish conditional probabilities of ignition using measurements by 2D LIPS. It is shown that for ignition tests having an unconditioned probability of 33% show a conditional probability of 88% through the 2D-LIPS measurements.

De nombreux échantillons sont prélevés quotidiennement dans les mines d'or et envoyés aux laboratoires d’analyses chimiques pour en déterminer la teneur en or. Habituellement, un délai de 48 heures est nécessaire à l’obtention des résultats obligeant les opérateurs miniers à prendre des décisions opérationnelles avant de connaître les résultats. Pour répondre à cette problématique, la technologie émergente de spectroscopie d’émission de plasma induit par laser (S.L.P.) (dont l’acronyme anglais est Laser Induced Breakdown Spectroscopy LIBS) fournit une analyse quantitative de la concentration en or in situ et en temps réel. Un premier travail de cette technique a été effectué amenant la limite de détection de l’or à environ 0,7 ppm sur tous les types d’échantillons rencontrés en domaine minier (poudres, roches à tout venant, carottes…). Cette valeur correspond à la limite de détection de l’appareil souhaitée par les compagnies minières. En effet, les concentrations trouvées dans les gisements aurifères sont généralement supérieures à 0,7 ppm. Toutefois, certaines mines ont une teneur de coupure à cette valeur, ou dans cet ordre de grandeur, d’où la nécessité d’avoir une limite de détection plus basse. Ce projet de maîtrise a été conçu pour aider à l’étalonnage et à la validation de cette technique. Pour cela, des études pétrographiques et minéralogiques permettant de déterminer des lithologies vont être combinées à une analyse quantitative par fluorescence des rayons X (XRF). L’ensemble de ces résultats permettra de mieux comprendre le signal LIBS. Par la suite, ces résultats LIBS vont être validés en étant comparés avec ceux fournis par les laboratoires externes au projet. Ce mémoire de maîtrise a permis de démontrer que le LIBS est une méthode très prometteuse, avec un écart type relatif (<100%) en adéquation avec celui des laboratoires d’analyse chimique (<100%) pour une méthode plus rapide et non destructive. En effet, en comparant les résultats de teneur en or obtenus par analyse chimique conventionnelle provenant de deux laboratoires différents, les écarts types relatifs sur les échantillons ayant utilisé la courbe d’étalonnage riche en silice du LIBS, et cela quelle que soit la mine, sont inférieurs à 100%, mais deviennent supérieurs à 200% pour les échantillons ayant utilisé la courbe d’étalonnage riche en fer et soufre (mines Casa Berardi, Westwood et LaRonde). Les teneurs en or obtenues avec le LIBS, comparées avec les laboratoires externes, montrent que la technique LIBS est très prometteuse avec un écart type relatif également inférieure à 100 %, indépendamment de la courbe d’étalonnage utilisée et cela, quelle que soit la forme du matériel analysé. L’écart type relatif entre les laboratoires et le LIBS est bien souvent inférieur à celui trouvé entre les deux laboratoires utilisant le même protocole expérimental démontrant le caractère prometteur de la technique LIBS. Il est possible de noter une sous-évaluation des teneurs en or par rapport aux résultats obtenus avec les laboratoires sur les échantillons rocheux et les carottes de forage. Cette dernière s’explique par le caractère hétérogène de la distribution de l’or sur ces surfaces. Cependant, les analyses LIBS d’échantillons en poudre, ayant une meilleure homogénéité, ont un écart type relatif plus faible (<50%) et donc une meilleure précision sur ce type de matériel. Afin de pallier au problème de sous-évaluation sur les roches et carottes, il serait intéressant d’utiliser la méthode des k plus proches voisins permettant de tenir compte et d’étudier statistiquement les données censurées, c’est-à-dire les teneurs en or situées en dessous de la limite de détection de l’appareil LIBS. Actuellement, une généralisation de ces résultats n’est pas encore possible en raison du nombre d’échantillons analysés, mais ils restent très prometteurs pour la suite de ce projet. / Numerous rock samples are taken daily from gold mines and sent to laboratories to measure their gold content. A 48-hour delay in the delivery of results may force mining operators making operational decisions prior to knowing the results. To address this issue, the emerging Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) technology provides in-situ real-time quantitative gold analysis. First, this technique was performed by Rifai K. (NRCBoucherville postdoctoral fellow), bringing the gold detection limit to about 0.7 ppm on all types of samples encountered in mining operations (powders, rocks to all comers, cores ...). This value corresponds to the detection limit of the device desired by the mining companies. In fact, the concentrations found in the gold deposits are generally greater than 0.7 ppm. However, some mines have a cut-off grade at this value, or in this order of magnitude. This master’s project was set up to calibrate and validate this technique. For this, petrographic and mineralogical studies of representative lithologies will be combined with quantitative X-ray fluorescence (XRF) analysis. All of these results will provide a better understanding of the LIBS signal. Subsequently, these LIBS results will be validated by being compared with fire assay gold measurements provided by laboratories external to the project. This master’s thesis demonstrate that LIBS is a very promising method, with a percentage error (<100%) in line with that of laboratories for a faster and non-destructive method. In fact, by comparing the gold content results obtained by conventional chemical analysis from two different laboratories, the relative standard deviations on the samples that used the silica-rich calibration curve of LIBS, irrespective of the mine, are less than 100%, but becomes greater than 200% for samples using the calibration curve rich in iron and sulfur (Casa Berardi, Westwood and LaRonde mines). The gold contents obtained with LIBS, compared with the external laboratories show that the LIBS technique is very promising with relative standard deviation lower than 100%, regardless of the calibration curve used and the form of the material analyzed. The relative standard deviation between laboratories and LIBS is often lower than that found between the two laboratories. So, the LIBS technique is a very promising method. Similarly, it is possible to note an undervaluation of gold grades on rock samples and drill cores, due to the heterogeneous nature of the distribution of gold on these surfaces. However, the powder samples having a better homogeneity have a lower error percentage (<50%) and therefore a better accuracy on this type of material. In order to solve the problem of undervaluation on rocks and cores, it would be interesting to use the "k-nearest neighbors" method to take into account and statistically study censored data, i.e. those gold grades below the detection limit of the LIBS device. Currently, a generalization of these results is not yet possible due to the number of samples analyzed, but they remain very promising for the continuation of this project.

Cette thèse porte sur l'utilisation et la caractérisation de l' ablation laser et du plasma induit par laser dans un contexte d'analyse chimique. Différents efforts d' optimisation des techniques d' ablation laser couplée à la spectrométrie d' ionisation assistée par laser (LALEI) et de spectrométrie de plasma induit par laser (LIBS) ont mené à l'obtention d' excellents résultats analytiques pour des échantillons poudreux. Divers aspects importants en analyse, comme la possibilité d' utiliser des étalons solides à concentration ajustable, l'importance de l'homogénéité dans la distribution des analytes, l'importance de disposer d' étalons dont la matrice est similaire à celle des échantillons ou d'être en mesure de corriger les signaux obtenus avec des matrices différentes et l'influence de l'environnement gazeux sur la dynamique d'expansion du plasma et sur la rapidité de perçage d'une cible, ont été étudiés. Grâce entre autre à la technique de shadowgraphy (qui a aussi servi à évaluer l' influence de l'environnement gazeux), l'éjection de particules a été observée lors des premières microsecondes suivant l'ablation de cibles poudreuses préparées· sous formes de pastilles et a permis de comparer trois types d'étalons solides préparés dans le laboratoire à partir de sol-gels.