Détection des polluants : la solution de l’exaltation Raman
Lorsqu’elles sont stimulées par un laser, sur une surface structurée à l’échelle nanométrique des solutions peuvent révéler plus facilement la présence de molécules, même à l’état de trace. Cette approche pourrait simplifier la surveillance des polluants dans l’eau.
Parmi les nombreuses méthodes qui permettent d’explorer et de caractériser la composition des matériaux, la spectrométrie Raman fonctionne en focalisant un faisceau laser à une seule longueur d’onde sur un échantillon, puis en détectant la lumière diffusée. Cette dernière contient un millionième de photons qui sont porteurs d’informations sur le matériau éclairé. Plus le laser est puissant, et plus il est aisé d’identifier cette signature, mais cela peut être délicat et entraîner une dégradation de la matière. Une autre approche consiste à amplifier le signal Raman sans changer l’intensité du faisceau incident : on parle alors d’exaltation Raman.
Cette seconde option a été choisie par Jean-François Bardeau, directeur de recherche au CNRS, qui a mené ses travaux à l'Institut des molécules et matériaux du Mans (CNRS/Le Mans Université) avant de prendre tout récemment la direction du laboratoire Interfaces confinement matériaux et nanostructures (CNRS/Université d'Orléans).
Une surface de grains d’or
« L’idée est de laisser se déposer la matière sur une surface spécialement conçue pour l’exaltation Raman, explique Jean-François Bardeau. Lorsque le laser illumine la surface, un phénomène physique nanométrique amplifie le signal Raman diffusé et révèle ainsi la présence de molécules. Quand tout est optimisé, la détection et l’identification des molécules en présence sont facilitées. »
Jean-François Bardeau utilise une surface composée de grains d’or, dont l’organisation est contrôlée à l’échelle du nanomètre. Le choix du matériau est très important car il doit permettre à certains électrons qui le composent d’être délocalisés. L’espace idéal entre les grains a été étudié avec l’aide de chercheurs du Service de physique de l’état condensé (CNRS/CEA), dont les techniques optiques de pointe permettent de détecter et de localiser, avec une résolution nanométrique, les zones de fortes exaltations du champ électrique. Quand le support est bien optimisé, la présence de champs électriques localisés sur la surface amplifie le signal lumineux Raman.