Partie II Techniques de caractérisation de la surface des étalons de masse 21
6.4 Protocole expérimental
6.3.3 Le bloc excitateur
La surface de l’échantillon est illuminée par un faisceau lumineux modulé (faisceau pompe) d’in-tensité provenant d’une lampe à filament de tungstène (12 V, 50 W). Ce type de lampe permet un éclairage assez uniforme sur toute la surface de l’échantillon à l’aide d’un système de lentilles for-mant l’image du filament de la lampe. Celle-ci est focalisée au centre de la surface supérieure de l’échantillon. Un boîtier de contrôle commande et régule la vitesse de rotation du hacheur (un simple disque percé de trous) et fournit le signal de référence au détecteur synchrone.
6.3.4 Bruit
Les sources responsables des déviations parasites du faisceau sonde sont nombreuses : – les vibrations mécaniques provoquant le mouvement des miroirs ;
– les mouvements de l’air provoquant une variation de l’indice de l’air dans les zones où le faisceau sonde est à l’air libre.
Parmi les autres sources de bruit qui engendrent une erreur sur la position du spot, on peut citer : – les bruits intrinsèques aux circuits électroniques et à la photodiode ;
– le bruit intrinsèque au laser engendrant une variation d’intensité du faisceau sonde.
La principale source de bruit est le bruit mécanique [Gau99] d’après le tableau 6.1. Néanmoins, ces valeurs sont des valeurs moyennes et pour des fréquences de travail supérieures à 100 Hz, le bruit thermique devient du même ordre de grandeur que le bruit de pointé (bruit engendrant une variation de la position du laser). Le bruit mécanique et le bruit de pointé sont alors d’environ 1 µV.Hz−1/2.
TAB. 6.1 – Sources de bruit et amplitudes moyennes associées. Les différentes sources de bruit sont supposées indépendantes.
Type de bruit Amplitude(V.Hz−1/2)
électronique 133× 10−9
pointé 7× 10−6
mécanique 199× 10−6
6.4 Protocole expérimental
6.4.1 Positionnement de l’échantillon
La surface de l’échantillon doit être parallèle à la direction de propagation du faisceau sonde pour pouvoir interpréter les mesures expérimentales à partir du modèle proposé. Le positionnement de l’échantillon à la distance z se fait en deux étapes : l’alignement du faisceau sonde et la détermination de l’origine z0de l’axe z (axe du faisceau sonde confondu avec la surface, cf. figure6.6.b) [Sil92]. Le positionnement de la face supérieure de l’échantillon sur l’axe du faisceau sonde est réalisé à l’aide des deux platines de translation et de la platine de rotation au niveau de l’échantillon.
Pour la détermination de z0, on rapproche l’échantillon jusqu’à obtenir 90%, 50% et 10% du flux du laser sur la photodiode. On note les positions relatives de l’échantillon z90, z50 et z10.
La position moyenne z0qui est l’origine de l’axe z est déterminée par :
z0= z90+ z10+ 2z50
4 (6.14)
Chapitre 6. Détermination de l’adsorbabilité des solvants par effet mirage
Echantillon
Faisceau gaussien
a b
axe du
faisceau sonde
z0
FIG. 6.6 – Alignement du faisceau sonde.
6.4.2 La préparation du mélange gazeux binaire
Le dispositif de préparation, schématisé sur la figure6.4, permet le mélange entre le gaz conden-sable et le gaz non condenconden-sable. Pour cela, on fait le vide dans tout le système, y compris la cellule mirage en ouvrant les vannes V3, V4 et V5, les vannes V1 et V2 restant fermées (cf. figure 6.4). Une fois le vide atteint, toutes les vannes sont fermées et on mesure la pression résiduelle. Quelques gouttes de l’élément adsorbable sont ensuite introduites dans le ballon à l’aide de la vanne V2. Une fois la vanne V2 fermée, il faut attendre que l’élément adsorbable se vaporise jusqu’à une pression notée P1 à une température T1. Enfin, on introduit le gaz non condensable au moyen de la vanne V1 jusqu’à une pression stabilisée notée P2à une température T2.
La fraction molaire X du mélange binaire s’exprime alors en fonction des pressions et des tempé-ratures de la manière suivante s’il ne reste pas de liquide au fond du ballon :
X = P1
P2 T2
T1 (6.15)
Le transfert du mélange se fait du ballon vers la cellule mirage en ouvrant la vanne V3 dont on contrôle le flux grâce à un débitmètre à bille garantissant les conditions d’équilibre supposées dans le modèle théorique.
La fraction molaire X est un paramètre difficilement maîtrisable. En effet, celle-ci peut varier sensiblement si on tient compte de la pression résiduelle, d’éventuelles microfuites, de l’adsorption sur les parois des organes de liaison et de la cellule de mesure mais aussi du phénomène de ségrégation en particulier dû au passage à travers l’orifice du débitmètre. Par conséquent, l’incertitude engendrée par ces phénomènes est particulièrement difficile à estimer.
6.4.3 Obtention de l’effet mirage
Afin d’observer l’effet mirage, on suppose que le faisceau sonde est parallèle à la surface supé-rieure de l’échantillon et qu’il est positionné à une distance z de celle-ci.
La première étape consiste à faire le vide dans la cellule de mesure. Ainsi, toutes les vannes sont fermées à l’exception de la vanne V4 située juste après le débimètre. On met ensuite en route la circu-lation d’eau de refroidissement du module Peltier. On thermodésorbe l’échantillon à une température de 40°C puis on choisit une température de surface de l’échantillon afin de favoriser l’adsorption. Lorsque la température de surface de l’échantillon est bien stabilisée, la vanne V4 est fermée et
6.4. Protocole expérimental
la vanne V3 est aussitôt ouverte afin d’introduire le mélange gazeux dans la cellule de mesure. La mesure se fait donc de manière dynamique : on a d’abord l’influence du gradient thermique puis as-sez rapidement l’influence du gradient massique due à l’adsorption des molécules sur la surface de l’échantillon.
Chapitre 7
Analyse des contaminants par spectrométrie
de masse de thermodésorption
7.1 Introduction
Ce chapitre a pour but de présenter le nouveau dispositif de Spectrométrie de masse de
Ther-moDésorption (TDS) développé dans le cadre de cette thèse. Ce dispositif a été conçu pour réaliser
deux tâches : l’étude des phénomènes de sorption à température donnée et à très basses pressions (de l’ordre de 10−6 Pa) et le traitement thermique d’échantillons ou d’etalons de masse, cette dernière fonction étant une application découlant directement de la première.