Si le domaine traditionnel d’excellence du rayonnement synchrotron est celui des rayons X, SOLEIL constitue aussi une source large bande irremplaçable, à l’heure actuelle, pour la spectroscopie infrarouge (IR) à haute résolution, de par la brillance élevée disponible. Les chercheurs de SOLEIL et d’autres synchrotrons tirent parti de cette propriété pour l’analyse de l’absorption IR des gaz. Afin de bénéficier au mieux de cette source exceptionnelle, les chercheurs de la ligne AILES et du Groupe Détecteurs de SOLEIL ont mis au point un appareillage spécifique permettant un gain en sensibilité important –un ordre de grandeur environ– par rapport aux systèmes commerciaux existants.
La spécificité du travail dans le domaine infrarouge tient à ce que nous baignons dans un fort flux de rayonnement ambiant, émis par tous les objets et corps qui nous entourent (y compris nous-mêmes…, propriété exploitée par les systèmes de vision nocturne et autres applications militaires). La difficulté pour les spectroscopistes dans ce domaine consiste alors à s’abstraire de ce rayonnement « parasite » qui vient s’ajouter au flux à détecter et dégrader la qualité des mesures. L’appareillage développé à SOLEIL pour la spectroscopie IR repose d’une part sur une optique spécifique refroidie à -269°C pour s’affranchir au maximum de cet effet et limiter l’agitation thermique dans le matériau semi-conducteur constituant l’élément sensible du dispositif, mais aussi sur la réduction de l’angle de vue par lequel l’élément sensible reçoit le flux de photons. De plus, un système électronique à haute sensibilité et bruit réduit a été mis au point par les ingénieur et technicien du groupe Détecteurs pour compléter ce dispositif.
Cette technologie de refroidissement à très basse temperature combinée à un système électronique spécifique a permis d’améliorer d’un ordre de grandeur la qualité de l’information concernant l’absorption infrarouge des composés gazeux (voir Figure 1). Ce dispositif a déjà été appliqué à la mesure de l’absorption infrarouge de certains polluants atmosphériques (SF6, Phosgène, fluorure de sulfuryle, Fréons, halométhanes, etc…) ou d’hydrocarbures identifiables dans des atmosphères planétaires lointaines (éthylène, propane, butane, allène sur Titan).
Figure 1 : Comparaison des performances du détecteur infrarouge développé à SOLEIL par rapport au détecteur disponible dans le commerce. Ici on compare la détection de l’absorption du CO2 dans les mêmes conditions par les deux types de détecteurs.