Les chercheurs/expérimentateurs de PCMI proposent de nouvelles ruptures technologiques pour la spectroscopie et la métrologie environnementale :

Dans le domaine des ondes térahertz (THz), ils tirent profit des dernières avancées en optique, optoélectronique et électronique, ainsi que de leur expertise dans la manipulation et l’exploitation de peignes de fréquences, pour proposer de nouvelles approches qui surpasseront les capacités des spectromètres THz actuels en termes de couverture spectrale et de métrologie de fréquence. Pour booster la sensibilité de leur instrumentation, ils travaillent au développement d’une détection radio-acoustique de nouvelle génération à base de microsystèmes électromécaniques et adaptent des techniques IR intra-cavité au THz.

Dans les domaines IR et UV, ils développent une instrumentation photonique aux limites des savoir-faire pour la métrologie optique de molécules stables et instables d’intérêt atmosphérique. De réelles avancées ont été́ obtenues sur les mesures en termes de sensibilité́ et de précision, d’échelles spatiales et temporelles ainsi que sur l’acquisition et le traitement des données. PCMI adapte désormais son instrumentation aux mesures de terrain. Aujourd’hui il s’agit de réaliser: (i) La télémesure de profils verticaux de concentration en gaz à effets de serre utilisant la radiométrie hétérodyne par laser; (ii) la mesure de radicaux OH atmosphérique à des niveaux de concentration ultra-faibles en couplant la spectroscopie de rotation de Faraday avec la technique CRDS; (iii) la télédétection à haute résolution par peigne de fréquences de gaz à effet de serre.

Enfin, ils exploitent la technique de photo-inscription dans les verres chalcogénures pour la réalisation de guides d’ondes dans le moyen IR, avec pour volonté d’optimiser des guides linéaires et d’étudier des structures plus complexes. Il s’agit des éléments de base de la circuiterie optique comme des guides courbes, des séparateurs/combineurs de faisceaux, ou encore des interféromètres. La photo-inscription dans les fibres chalcogénures est désormais considérée pour concevoir des instruments plus évolués et les intégrer dans les appareils développés par PCMI pour la détection d’espèces moléculaires ou d’aérosols.

Afin que notre recherche réponde mieux aux enjeux socio-économiques de notre territoire, une partie des recherches de PCMI s’orientent sur la physico-chimie atmosphérique en milieu marin. Il s’agira d’une part, d’étudier l’impact des espèces réactives maritimes sur la capacité́ d’oxydation atmosphérique et d’autre part, d’étudier les échanges entre océan et atmosphère :

• Une instrumentation dédiée à la métrologie d’espèces halogénées et organo-sulfurées émises par l’océan, ainsi que des aérosols marins est en cours de développement. Les mesures seront réalisées, d’abord, en chambre de simulation atmosphérique au LPCA, avant d’être engagées sur le terrain à travers des campagnes de mesures impliquant d’autres laboratoires nationaux et internationaux;
• En collaboration avec le Port de Dunkerque, un panel d’instruments photoniques capables d’effectuer des mesures sur la surface de l’océan mais aussi en profondeur ou encore d’équiper des drones sera prochainement développé.
• La métrologie THz est employée dans le cadre d’un large projet européen pour qualifier l’état de fraicheur des produits halieutiques en proposant un suivi quantitatif multi-espèces avec un détecteur révolutionnaire pouvant se glisser dans les emballages.

L’activité métrologie/capteurs de PCMI s’étend aussi à la détection chimique des ions de métaux lourds dans les milieux aqueux. Il s’agit d’élaborer de nouveaux types de capteurs à travers un cycle complet de recherches depuis la synthèse de nouveaux verres chalcogénures jusqu’à la caractérisation des performances des capteurs produits sans oublier les étapes intermédiaires d’analyse des propriétés macroscopiques et de transport et la caractérisation structurale des matériaux utilisant les méthodes expérimentales et théoriques les plus avancées. Les travaux sont menés actuellement sur deux nouveaux capteurs chimiques pour la détection du mercure et du thallium. Par la suite, ces capteurs chimiques seront utilisés pour la surveillance de l’environnement et le contrôle des processus industriels.

Au sein de PCMI sont engagées, sur une large variété de molécules d’intérêt environnemental, des études de spectroscopie rovibrationnelle (analyses en fréquences, intensités et profils de raies) depuis les micro-ondes jusqu’aux infrarouges exploitant un parc instrumental de spectroscopie THz conjuguant sources électroniques et opto-électroniques mais aussi sources optiques via des expériences menées au synchrotron SOLEIL. Une partie de ces études est dédiée à alimenter les bases de données internationales (HITRAN, JPL…) à travers des mesures inédites de paramètres moléculaires: (i) fréquences de transitions rotationnelles de gaz à effets de serre; (ii) coefficients d’élargissements avec des profils de raies sophistiqués; (ii) sections efficaces de composés organiques semi-volatils.