Une fibre dopée au dysprosium

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juin 2018
Virginie Nazabal présente un verre très spécial. Il contient 0,1% de dysprosium, qui donne ses propriétés optiques à la fibre.
Nicolas Guillas

Dopé au dysprosium, un verre permet de fabriquer une fibre optique originale, qui détecte les gaz.

La recherche est souvent faite de hasards. Des résultats étonnants ou contraignants peuvent mener à de nouvelles découvertes. À l’Institut des sciences chimiques de Rennes, Virginie Nazabal et ses collaborateurs ont ainsi découvert une nouvelle technique de détection des gaz. « En 2008, l’une de mes étudiantes travaillait à la fabrication d’un laser, émettant dans le moyen infrarouge, à partir d’une terre rare, le dysprosium », explique la directrice de recherche CNRS de l’équipe Verres et céramiques, à l’Institut des sciences chimiques de Rennes. L’étudiante était confrontée à un problème : le dioxyde de carbone perturbait ses résultats. Il suffisait de parler à côté du détecteur pour apercevoir des anomalies ! Dans le même temps, un autre étudiant cherchait à faire des capteurs de CO2 à partir de “corps noirs”, des objets qui émettent naturellement de la lumière. » Les deux étudiants auraient pu en rester là. Mais les chercheurs rennais de l’ISCR, en collaboration avec leurs confrères du Cimap(1) à Caen, ont une idée : pourquoi ne pas utiliser la perturbation du dysprosium par le CO2 pour en faire un capteur ? Avec le soutien du BRGM(2), de l’Ademe(3), de l’ANR(4) et l’implication de la société Idil Fibres optiques à Lannion, c’est chose faite.

Une diode laser peu coûteuse

Quelle est la nouveauté apportée par les chercheurs rennais ? La détection optique de gaz existe déjà depuis longtemps, grâce à des lasers. Le laser est une source de lumière, qui n’émet que dans une seule fréquence. Une seule couleur, en quelque sorte. Comme chaque espèce chimique absorbe ou diffuse certaines fréquences lumineuses, on peut les identifier en faisant varier la “couleur” du laser. Le laser essaye les fréquences les unes après les autres, un capteur détecte la quantité de lumière qui réussit à traverser un échantillon. Le résultat est un spectre, une signature caractéristique d’une espèce et de sa concentration. Le problème de cette technique, c’est qu’il faut un laser performant pour essayer les nombreuses fréquences lumineuses, particulièrement dans le moyen infrarouge, car c’est à cet endroit que se situent de nombreuses signatures d’espèces chimiques.

C’est là où se trouve l’astuce. L’appareil fonctionne en excitant le dysprosium, à partir d’une diode laser peu coûteuse. Une fois excité, le dysprosium revient à son état normal, en émettant de la lumière selon son propre spectre, sa propre signature. Cette lumière passe à travers l’échantillon. Le capteur lumineux récupère le spectre du dysprosium... amputé de la signature des espèces présentes ! En dehors du coût réduit, l’appareil a un autre avantage : l’analyse peut se faire loin du laser, qui sert à exciter le dysprosium. Il a été utilisé à 100 mètres de profondeur, dans le puits des Rousses, à Lacq, où Total teste l’enfouissement de 51000 tonnes de CO2.

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Baptiste Cessieux

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