Detection of heavy metals in soils by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)

Dans les domaines de l'analyse, du contrôle et de la mesure physique, le laser constitue un outil métrologique particulièrement puissant et polyvalent, capable d'apporter des réponses concrètes à des problématiques variées, y compris d'ordre sociétal. Parmi ces dernières, la contamination des sites et des sols par les métaux lourds est un enjeu de santé publique important qui requiert de disposer de moyens de mesure adaptés aux réglementations existantes et suffisamment souples d'utilisation. Technique rapide et ne nécessitant pas de préparation de l'échantillon, la spectroscopie sur plasma induit par laser (LIBS) présente des avantages très intéressants pour réaliser des mesures sur site de la teneur en métaux lourds à l'échelle de la dizaine de ppm; la conception d'un appareil portable à moyen terme est envisageable.Dans cette thèse nous montrons d'abord que le régime femtoseconde ne présente pas d'avantages par rapport au régime nanoseconde standard pour notre problématique. Ensuite nous mettons en œuvre un traitement avancé des spectres LIBS par des méthodes chimiométriques dont les performances améliorent sensiblement les résultats des analyses qualitatives et quantitatives d'échantillons de sols.In the fields of analysis, control and physical measurement, the laser constitutes a particularly powerful and multi-purpose metrological tool, capable to bring concrete solutions to various matters, including of a societal nature. Among the latter, contamination of sites and soils by heavy metals is an important issue of public health which requires to have measurement means adapted to existing regulations and whose use be sufficiently flexible. As a fast technique which does not need any sample preparation, laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) offers very interesting advantages for making on-site measurements of heavy metals content at the 10-ppm level; the design of a portable system is conceivable in the medium term.In this work we first show that the femtosecond regime presents no advantages with respect to the standard nanosecond regime for our issue. Then we implement an advanced treatment of LIBS spectra by chemometric techniques whose performances significantly improve the results of qualitative and quantitative analyses of soils samples