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HAL Id: tel-00122546 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00122546 Submitted on 3 Jan 2007 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Détection de métaux lourds dans les sols par spectroscopie d’émission sur plasma induit par laser (LIBS) Jean-Baptiste Sirven To cite this version: Jean-Baptiste Sirven. Détection de métaux lourds dans les sols par spectroscopie d’émission sur plasma induit par laser (LIBS). Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2006. Français. tel-00122546 N◦d’ordre : 3219 THÈSE PRÉSENTÉE À L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1 ÉCOLE DOCTORALE DE SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGÉNIEUR par Jean-Baptiste SIRVEN pour obtenir le grade de DOCTEUR Spécialité : lasers et matière dense ———————————– DÉTECTION DE MÉTAUX LOURDS DANS LES SOLS PAR SPECTROSCOPIE D’ÉMISSION SUR PLASMA INDUIT PAR LASER (LIBS) ———————————– Soutenue le : lundi 18 septembre 2006 Après avis de : Jean-Pierre HUVENNE Professeur, Université de Lille Rapporteur Alexandre SEMEROK Professeur, CEA Saclay Rapporteur Devant la commission d’examen formée de : Vladimir TIKHONCHUK Professeur, Université Bordeaux 1 Président Laurent SARGER Professeur, Université Bordeaux 1 Directeur de thèse Jean-Pierre HUVENNE Professeur, Université de Lille Rapporteur Alexandre SEMEROK Professeur, CEA Saclay Rapporteur Martine POTIN-GAUTIER Professeur, U. de Pau et des Pays de l’Adour Examinateur Martin RICHARDSON Professeur, University of Central Florida Examinateur Bruno BOUSQUET Maître de Conférence, Université Bordeaux 1 Membre invité — 2006 — REMERCIEMENTS À mes grands-pères. Table des matières Table des matières 7 Table des ﬁgures 13 Liste des tableaux 17 Introduction 21 1 Les métaux lourds dans les sols 25 1.1 Sources, devenir et impact des métaux dans les sols . . . . . . . . . . 26 1.1.1 Place spéciﬁque des métaux dans l’économie mondiale . . . . . 26 1.1.2 Les sols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.1.3 Impact des métaux lourds sur l’environnement et sur la santé 30 Généralités sur les métaux et les éléments traces . . . . . . . . 30 Contamination des sols par les métaux lourds . . . . . . . . . 31 Spéciﬁcités de la pollution par les métaux . . . . . . . . . . . 36 Toxicologie des métaux lourds . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.2 Décision et action environnementales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 1.2.1 De l’identiﬁcation du risque aux mesures de protection . . . . 43 7 8 TABLE DES MATIÈRES Évaluation et gestion du risque . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Rôle de la mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Traitement des sites pollués . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 1.2.2 Contexte réglementaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Sols et boues de stations d’épuration . . . . . . . . . . . . . . 49 VDSS et VCI-sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Autres réglementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Les techniques d’analyse normalisées . . . . . . . . . . . . . . 53 1.3 Évaluation de la contamination d’un site . . . . . . . . . . . . . . . . 56 1.3.1 Diﬃculté de la détermination de la pollution des sols par les métaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Spéciation VS teneur totale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Détermination de l’origine d’une contamination . . . . . . . . 57 Sources de variabilité du processus d’analyse . . . . . . . . . . 60 Échantillonnage des sols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 1.3.2 Évaluation sur site du degré de contamination par les métaux 64 Intérêt de la mesure de surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 La mesure sur site de la teneur en métaux lourds . . . . . . . 66 1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2 La spectroscopie sur plasma induit par laser 71 2.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.1.1 Bref historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.1.2 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 TABLE DES MATIÈRES 9 2.1.3 Atouts de la LIBS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.2 Inﬂuence des paramètres expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . 76 2.2.1 Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Durée d’impulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Longueur d’onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Énergie par impulsion – ﬂuence . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Mode spatial – focalisation du faisceau . . . . . . . . . . . . . 83 2.2.2 Cible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Paramètres de l’échantillon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Nature et pression du gaz ambiant . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.2.3 Collecte et analyse du signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Dispositif de collecte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Spectromètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Détecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2.3 LIBS et environnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.3.1 Étude des sols par LIBS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . uploads/Litterature/ these-jean-baptiste-sirven.pdf