Des lasers nouvelle génération pour traquer les gaz polluants dans l’atmosphère

Une équipe internationale de chercheurs a mis au point un système laser capable de détecter simultanément plusieurs gaz polluants dans l’air en quelques secondes. La technologie utilise des fibres optiques spéciales et des gaz sous pression pour générer des faisceaux laser ultra-précis. Les premiers tests montrent une détection rapide et fiable du CO2 et du SO2, deux gaz majeurs responsables du réchauffement climatique et de la pollution atmosphérique.

La pollution de l’air tue 7 millions de personnes par an selon l’Organisation mondiale de la santé et constitue l’un des principaux défis de notre siècle. Des outils spectroscopiques avancés pour la détection des gaz dans l’environnement, capables de surveiller avec précision plusieurs gaz en temps réel et avec une grande sensibilité, sont donc de la plus haute importance pour le monde.

Un système optique innovant pour traquer les polluants

L’équipe dirigée par le professeur agrégé Christos Markos à la DTU Electro au Danemark a présenté dans Nature Communications une nouvelle méthode de synthèse de plusieurs lignes spectrales optiques étroites, accordées avec précision et de manière indépendante dans la région du proche infrarouge et de l’infrarouge moyen.

Le laser a été combiné à la photo-acoustique et les chercheurs ont démontré la capacité d’un système robuste à surveiller plusieurs gaz en temps réel et avec une grande sensibilité. Le système mis au point repose sur la technologie émergente des fibres anti-résonantes à cœur creux remplies de gaz, dont les auteurs sont parmi les leaders mondiaux. Deux fibres à cœur creux différentes remplies de gaz actifs sont combinées dans une configuration en cascade générant de fortes impulsions laser ciblant le dioxyde de carbone et le dioxyde de soufre.

Le dispositif repose sur deux fibres optiques creuses remplies de gaz qui agissent comme des filtres ultra-sélectifs. La première fibre contient du méthane sous pression, tandis que la seconde renferme de l’hydrogène. Cette configuration permet de générer des rayons laser parfaitement adaptés pour identifier les « signatures » spécifiques des gaz recherchés dans l’air.

Une détection rapide et simultanée des polluants

L’atout majeur du système réside dans sa capacité à analyser plusieurs gaz en même temps, là où les technologies actuelles doivent les détecter un par un. Les chercheurs soulignent que « chaque rayon laser cible spécifiquement un gaz sans interférence avec les autres molécules présentes ».

Les avantages du dispositif :
• Une analyse de plusieurs gaz en quelques secondes
• Une précision accrue grâce à des lasers ultra-fins
• Une fiabilité supérieure aux systèmes existants

Des applications concrètes pour l’environnement

Un tel système peut être utilisé dans l’industrie lourde et le transport maritime pour surveiller les émissions nocives et les émissions de gaz à effet de serre. Cela fait partie de la nouvelle réglementation de l’UE qui a fixé comme objectif pour 2030 de réduire les émissions nettes de gaz à effet de serre d’au moins 55 % par rapport aux niveaux de 1990.

Les premiers tests ont démontré l’efficacité du système pour détecter le CO2 et le SO2. Ces deux gaz jouent un rôle central dans la qualité de l’air et le changement climatique. Le CO2 est le principal gaz à effet de serre d’origine humaine, tandis que le SO2 contribue aux pluies acides et à la pollution urbaine.

Les domaines d’application :
• La surveillance de la pollution en ville
• Le contrôle des rejets industriels
• Le suivi des changements atmosphériques

Un outil adaptable pour l’avenir

Le système peut être modifié pour détecter d’autres types de gaz en ajustant simplement les paramètres des lasers. Les chercheurs travaillent à réduire la taille du dispositif pour le rendre transportable sur le terrain.

Cette nouvelle technologie laser marque une avancée dans la détection des gaz atmosphériques. Sa capacité à mesurer simultanément plusieurs polluants offre des possibilités accrues pour la protection de l’environnement et la lutte contre le changement climatique.

Article : « Synthesizing gas-filled anti-resonant hollow-core fiber Raman lines enables access to the molecular fingerprint region » – DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-024-52589-8#MOESM5