Brevet FR2712697A1 — publié le 19950524

"PROCEDE D'ANALYSE ELEMENTAIRE PAR SPECTROMETRIE D'EMISSION OPTIQUE SUR PLASMA PRODUIT PAR LASER EN PRESENCE D'ARGON" DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet un procédé d'analyse élémentaire par spectrométrie d'émission optique sur plasma produit par laser en présence d'argon. Elle s'applique au contrôle "in-situ" d'échantillons et à la caractérisation de pièces usinées. Elle trouve, en particulier, une application dans le domaine de l'industrie nucléaire, pour le contrôle de matériaux radioactifs. Etat de la technique Il est connu de mesurer les concentrations élémentaires des éléments par une analyse spectrochimique utilisant le rayonnement d'émission d'un plasma produit par laser. Cette technique analytique est basée sur une ablation laser, c'est-à-dire un arrachement de matière sous l'effet d'une chaleur élevée. Le procédé d'analyse par spectrométrie d'Emission Optique sur Plasma produit par Laser met en oeuvre une telle ablation laser. Il consiste à focaliser, à la surface du solide à étudier, un faisceau laser pulsé de forte puissance crête (typiquement quelques GW/cm2) de manière à produire un plasma constitué des éléments chimiques présents dans les premiers microns de la surface. Ce plasma émet un rayonnement lumineux dont l'analyse des raies atomiques permet de connaître la concentration des différents éléments dans le solide. Cependant, un tel procédé présente une sensibilité peu élevée qui, pour certains cas analytiques, s'avère tout à fait insuffisante. En outre, il est connu que certains gaz constituent une atmosphère plus favorable aux analyses spectrales que l'atmosphère naturelle (c'est-à- dire l'air). Une technique pour améliorer l'intensité des raies lors des analyses spectrales, et donc pour améliorer la précision des mesures, consiste à disposer l'échantillon à analyser dans une enceinte close remplie d'un gaz et, plus particulièrement, d'argon. Selon cette technique les mesures sont effectuées en atmosphère confinée; cette technique ne peut donc être mise en oeuvre qu'en laboratoire. Exposé de l'invention La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de mesure des concentrations d'éléments utilisant un jet d'argon et pouvant être mis en oeuvre "in situ". De façon plus précise, l'invention concerne un procédé d'analyse élémentaire d'un échantillon. Ce procédé consiste à: - simultanément, souffler un jet de gaz sur l'échantillon à analyser et focaliser un faisceau laser sur ledit échantillon à analyser de façon à produire un plasma sur la surface de cet échantillon; - analyser un spectre du rayonnement lumineux émis par le plasma; et - déterminer, à partir de cette analyse de spectre, la composition élémentaire de l'échantillon. Avantageusement, le jet de gaz soufflé sur l'échantillon est un jet d'argon. Ce procédé peut être mis en oeuvre en atmosphère naturelle (ou atmosphère non-confinée). Il a de plus l'avantage de ne nécessiter préalablement aucune préparation chimique des échantillons. En outre, sa mise en oeuvre et son fonctionnement sont simples, sa sensibilité est bonne et les mesures sont obtenues rapidement. Ce procédé peut donc être aisément mis en oeuvre "in situ". Ce procédé a en outre l'avantage de s'appliquer à de nombreuses sortes de matériaux conducteurs ou non conducteurs ainsi qu'aux matériaux réputés d'analyse délicate tels que les céramiques, les verres, les composites, etc. Brève description des dessins - La figure 1 est un schéma de principe de l'appareillage mettant en oeuvre le procédé de l'invention; et - la figure 2 représente les spectres d'un même échantillon obtenus par des procédés, respectivement, utilisant et n'utilisant pas de jet d'argon. Exposé détaillé de modes de réalisation La figure 1 représente le schéma de principe d'un appareillage mettant en oeuvre l'invention. Une source laser 2 émet un faisceau laser 4 pulsé, dirigé vers l'échantillon 6. Ce faisceau laser 4 a une forte puissante crête (de l'ordre de quelques GW/cm2). Selon un mode de réalisation, le faisceau laser 4 est dirigé directement vers l'échantillon 6. Selon un autre mode de réalisation, représenté sur la figure 1, le faisceau laser 4 est dirigé vers un miroir 8 qui, par réflexion, oriente le faisceau 4 vers l'échantillon 6. Ce faisceau 4 est focalisé vers l'échantillon 6 au moyen d'un objectif de focalisation qui peut être, simplement, une lentille convergente. L'énergie déposée sur l'échantillon 6 par le faisceau laser 4 est de l'ordre de quelques Joules/cm2 et provoque l'arrachement de la matière et la formation d'un plasma lumineux 12. Une partie au moins de la lumière émise par le plasma 12 est focalisée par le système optique 14, puis collectée par le spectromètre 16. Ce spectromètre 16 assure la séparation des différentes radiations issues du plasma 12. Des moyens de traitement, non représentés sur la figure 1, assurent l'analyse spectrale des raies d'émission obtenues en sortie du spectromètre 16. On peut ainsi déterminer la concentration des différents éléments constituant l'échantillon. Des moyens de projection d'un jet d'argon ont été représentés sur la figure 1. Ces moyens de projection peuvent être, par exemple, un conduit 18 de gaz tel qu'utilisé classiquement dans les dispositifs nécessitant un apport de gaz. Ce conduit 18 souffle un jet d'argon 20 au point d'impact P du faisceau laser 4 sur l'échantillon 6. Un faible jet d'argon 20 soufflé au point P suffit à créer des conditions plus favorables à l'analyse spectrale de la lumière émise par le plasma 12. Un tel jet d'argon 20 a, en outre, l'avantage de protéger l'objectif 10 de focalisation des particules de matière arrachées par le faisceau laser et projetées vers l'objectif 10, ces particules projetées étant déviées de leur trajectoire par le jet d'argon. La figure 2 représente les spectres d'émission de plasma d'un même échantillon produits avec et sans jet d'argon. Le spectre S, représenté en trait continu, correspond à un spectre d'émission du plasma d'un échantillon analysé dans une atmosphère naturelle (l'air) sans jet d'argon. Le spectre S', représenté en pointillés, correspond à un spectre d'émission du plasma d'un échantillon analysé dans les conditions de l'invention. Les échantillons dont proviennent les spectres S et S' sont identiques. La longueur d'onde de ces spectres étant représentée en abscisse et l'intensité d'émission en ordonnée, on peut lire sur cette figure 2 les intensités des spectres S' et S données en unités arbitraires (u.a.). Ces spectres S et S' ayant des raies d'émission de même longueurs d'ondes, on comprend bien que les échantillons dont proviennent ces spectres sont identiques. Cependant, l'intensité du spectre S', provenant d'un échantillon sur lequel est soufflé un jet d'argon lors de l'analyse, est bien supérieure à l'intensité du spectre S provenant d'un échantillon analysé en atmosphère naturelle sans jet d'argon. De façon plus précise, une raie d'émission à environ 518,2 nm produite par l'échantillon analysé en atmosphère naturelle sans présence d'argon (spectre S) a une intensité de l'ordre de 4 500 en u.a.. Cette même raie d'émission à environ 518,2 nm est émise avec une intensité d'environ 12 300 u.a. lorsque l'échantillon est analysé en présence d'un jet d'argon. Le rapport d'intensité des spectres S et S' est 12 300/4 500 2,73. Aussi, le procédé selon l'invention qui consiste à souffler un jet d'argon sur l'échantillon à analyser permet d'améliorer l'intensité des raies d'émission d'un facteur de l'ordre de 2,5 à 3. La précision des résultats en est, par conséquent, améliorée. REVENDICATIONS 1. Procédé d'analyse élémentaire d'un échantillon caractérisé en ce qu'il consiste à: - simultanément, souffler un jet de gaz sur l'échantillon (6) à analyser et focaliser un faisceau laser (4) sur ledit échantillon à analyser de façon à produire un plasma (12) sur la surface de cet échantillon; - analyser un spectre (S') du rayonnement lumineux émis par le plasma; et - déterminer, à partir de cette analyse de spectre, la composition élémentaire de l'échantillon. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jet de gaz soufflé sur l'échantillon est un jet d'argon. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre en atmosphère naturelle.