Analyse de petites particules par incandescence induite par laser

Aperçu

La technologie proposée par le CNRC consiste en une méthode et en un appareillage permettant d'analyser les particules de moins d'un micron telle la suie à une concentration très variable, avec une haute résolution temporelle et spatiale. Plus précisément, les perfectionnements apportés à la technique d'incandescence induite par laser ont accru la précision des mesures grâce à l'usage d'un faisceau laser à faible fluence ou d'un laser à bon profil énergétique, ou les deux.

La technologie tire parti du fait que le signal d'incandescence est proportionnel au volume des particules. Elle s'appuie aussi sur le fait que le refroidissement passager dépend de la surface spécifique des particules, laquelle varie avec le diamètre de ces dernières.

Transfert de technologie

Cette technologie pourrait être exploitée sous licence ou être perfectionnée dans le cadre d'un accord de collaboration en recherche avec le CNRC. Prière de mentionner le numéro d'identification 11236 en faisant référence à cette possibilité d'affaires.

Applications commerciales

Parmi les applications de cette technologie figure la caractérisation des nanoparticules en métal ou en céramique employées pour la surveillance, pour vérifier la conformité à la réglementation et pour produire des nanoparticules à valeur ajoutée avec contrôle du procédé. Cette technologie se prête aussi à de nombreuses autres applications.

Fonctionnement

Les petites particules suscitent un grand intérêt tout en soulevant des préoccupations, particulièrement au niveau de l'environnement et de la santé. La présence de particules dans l'environnement (la suie, par exemple) a ravivé l'intérêt pour le développement de méthodes et d'appareils capables d'établir la concentration et la taille moyenne des particules en question. La mesure des particules de suie a surtout fait l'objet d'études.

La suie libérée par les moteurs, les centrales électriques, les incinérateurs ou les fournaises, par exemple, représente une perte d'énergie utile, en plus de poser un sérieux problème de pollution et d'engendrer un risque pour la santé. Cependant, la présence de suie dans une flamme a aussi son utilité. En effet, le transfert d'énergie résultant de la combustion est considérablement facilité par le rayonnement de la chaleur attribuable à la suie. Par conséquent, il faut mesurer la concentration de suie pour mieux comprendre comment cette dernière se forme et mettre au point des stratégies avec lesquelles on en régulera l'émission et la production.

On recourt à l'incandescence induite par laser pour analyser les caractéristiques des particules de taille inférieure au micron. Cette technique est reconnue pour son utilité quand vient le temps de caractériser les petites particules présentes dans un gaz, à savoir leur fraction volumique, leur taille et leur surface spécifique.

L'incandescence induite par laser consiste à chauffer les particules avec le faisceau de lumière engendré par les impulsions d'un laser jusqu'à la température où elles s'enflammeront et où la lumière issue de leur incandescence se distinguera de la lumière ambiante. L'incandescence dépend de la température des particules et de leur fraction volumique. La rapidité à laquelle la température baisse est proportionnelle à la taille des particules primaires.

La disposition des éléments d'optique du laser garantit une distribution quasi uniforme de son énergie dans l'espace. Le recours à un laser à impulsions à faible fluence évite l'évaporation des particules. Puisque l'évaporation est minime et puisque l'énergie est répartie également, il est possible d'obtenir des mesures exactes et précises, facilement et avec fiabilité.

Parmi les autres applications de cette technologie figure la caractérisation des nanoparticules en métal ou en céramique. Pareille caractérisation peut être utilisée aux fins de surveillance, pour garantir la conformité aux règlements et produire des nanoparticules à valeur ajoutée avec contrôle des procédés. Beaucoup d'autres applications peuvent être envisagées. L'incandescence induite par laser est une bonne méthode de diagnostic pour mesurer les particules, car le signal incandescent est proportionnel à la fraction volumique des particules et est lié à la taille de ces dernières.

Avantages

  • Le signal d'incandescence n'a pas besoin d'atteindre son maximum d'intensité ou presque pour être mesuré.
  • Parce qu'on évite une évaporation importante des particules, la concentration et la taille des particules primaires ne changent pas pendant la mesure, ce qui accroît la fiabilité, la facilité, la précision et l'exactitude de la technique.
  • Les mesures peuvent être prises tout au long de l'analyse jusqu'à ce que le signal d'incandescence atteigne le niveau de bruit du détecteur.
  • La température est prélevée à de nombreux moments pour produire la courbe de baisse de température en fonction du temps qui caractérise les particules examinées.

Brevets

Personne-ressource

Pour en savoir plus sur cette technologie, prière de communiquer avec :

Martin Rutter, conseiller de portefeuille
Téléphone : 613-990-6439
Courriel : Martin.Rutter@nrc-cnrc.gc.ca