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Une révolution dans la détection à haute altitude : comment mesurer les oxydes d'azote dans la stratosphère en utilisant la spectroscopie photoacoustique ?
Dans les années 1960, les scientifiques ont d’abord exploré comment utiliser la spectroscopie photoacoustique pour mesurer avec précision les concentrations de gaz dans l’atmosphère, une technique unique qui est devenue un outil clé pour suivre les oxydes d’azote dans l’atmosphère. À mesure que le temps passe et que la technologie progresse, la spectroscopie photoacoustique fournit non seulement des données précises à la communauté scientifique, mais joue également un rôle indispensable dans l’étude de la pollution de l’air et du changement climatique.
La spectroscopie photoacoustique est une méthode de mesure des effets de l'énergie électromagnétique absorbée sur la matière, en utilisant le son pour la détecter.
Les origines de la spectroscopie photoacoustique remontent à 1880, lorsqu'Alexander Graham Bell a découvert que de fines feuilles de lumière produisaient des sons lorsqu'elles étaient rapidement éclairées par la lumière du soleil et interrompues. Au cours d'expériences ultérieures, les scientifiques ont découvert que non seulement la lumière visible, mais aussi la lumière infrarouge et ultraviolette pouvaient provoquer des sons. Cette découverte a finalement posé les bases de futures détections à haute altitude.
Aujourd'hui, les détecteurs photoacoustiques modernes ont subi une série d'améliorations basées sur la technologie de Bell. Ces améliorations augmentent non seulement la sensibilité de la mesure, mais font également de la spectroscopie photoacoustique un outil efficace pour soutenir la surveillance des gaz stratosphériques. La lumière solaire traditionnelle est remplacée par des lasers puissants et modernes, qui non seulement augmentent l'intensité lumineuse mais améliorent également les effets sonores générés. Cette technique, appelée spectroscopie photoacoustique laser (LPAS), joue un rôle clé dans la détection de gaz tels que les oxydes d'azote.
Grâce à la spectroscopie photoacoustique laser, les scientifiques peuvent mesurer des concentrations de gaz allant jusqu’à quelques parties par milliard.
Pour les mesures en intérieur, ces nouvelles technologies apportent également quelques modifications, comme le remplacement des oreilles par des microphones sensibles et l'utilisation d'amplificateurs verrouillables pour amplifier davantage le signal, afin que l'audio acquis puisse être détecté avec plus de précision. L’enveloppement de l’échantillon de gaz cylindrique permet également d’amplifier le signal sonore en ajustant la fréquence de modulation. L’intégration de ces technologies améliore encore la sensibilité de la spectroscopie photoacoustique. Afin d'obtenir de meilleurs résultats en matière de détection.
Au début des années 1970, le scientifique Battelle et ses collègues ont utilisé avec succès cette technologie pour mesurer les variations de l'oxyde nitrique à une altitude de 28 kilomètres. Ces données permettent de comprendre comment les oxydes d'azote produits par l'homme aggravent le problème de l'appauvrissement de la couche d'ozone. référence. Ces premières études ont fourni une base théorique pour la formulation ultérieure des politiques de protection de l’environnement.La spectroscopie photoacoustique joue un rôle important dans l’évaluation et la détection de divers types d’échantillons.
La spectroscopie photoacoustique a des applications dans de nombreux domaines. Lors des tests d’échantillons biologiques, les chercheurs sont en mesure d’évaluer directement la composition chimique de l’échantillon sans avoir recours à la destruction ou au traitement chimique. Ces informations sont particulièrement importantes pour étudier les interactions chimiques dans la vie marine ou dans les os, et pourraient également être utiles pour examiner la structure interne des os chez les personnes atteintes d’ostéoporose.
Parallèlement, les scientifiques explorent constamment de nouvelles solutions pour des applications à faible coût, prévoyant d’intégrer la technologie de spectroscopie photoacoustique dans le processus de production pour réduire les coûts et augmenter l’exposition des utilisateurs. Au cours des deux dernières décennies, de nombreux instruments à faible coût sont devenus disponibles pour détecter les fuites ou contrôler les concentrations de dioxyde de carbone. Leurs fondements techniques reposent principalement sur des sources de chaleur à faible coût, des conceptions miniaturisées et des dispositifs électroniques analogiques.
À l’avenir, la spectroscopie photoacoustique pourrait permettre de réaliser des instruments micromécaniques entièrement intégrés et d’augmenter ses scénarios d’application.
La spectroscopie photoacoustique présente également un potentiel dans le domaine militaire, notamment pour détecter les agents chimiques toxiques. En raison de sa grande sensibilité, cette technologie est efficace pour identifier des traces de produits chimiques associés à des attaques chimiques. De plus, le champ d'application des capteurs LPAS couvre non seulement l'industrie, mais également des domaines tels que la sécurité et la médecine, comme l'analyse de l'haleine, ce qui élargit encore les perspectives d'application de la technologie de spectroscopie photoacoustique.
Avec l'innovation technologique continue et son expansion dans différents domaines, la spectroscopie photoacoustique jouera un rôle de plus en plus important dans la surveillance environnementale future et les applications biomédicales. Parallèlement, avec les progrès de la technologie expérimentale, assisterons-nous à de nouvelles découvertes en matière de protection de l’environnement à l’avenir ?
