10 • Spectrométrie du moyen et du proche infrarouge
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Pendant longtemps, les spectromètres du moyen infrarouge ont été construits sur le principe des appareils double faisceau. Ce montage optique assez complexe qui est resté utilisé
dans l’UV/Visible, donne progressivement, en temps réel, le spectre de l’échantillon par
la mesure pour chaque longueur d’onde, de la transmittance calculée en comparant les intensités lumineuses en provenance de deux parcours optiques distincts, dont l’un sert de
voie de référence et l’autre passe par l’échantillon. À cette fin, la lumière issue de la source
est séparée par un jeu de miroirs en deux faisceaux semblables dont l’un se dirige vers le
compartiment échantillon et l’autre vers le compartiment de référence. Pour chaque petit
intervalle de longueur d’onde, défini par le monochromateur, la lumière ayant suivi chacune des deux voies arrive alternativement sur le détecteur par effet d’un miroir tournant au
rythme d’une dizaine de fois par seconde. Le rapport des signaux obtenus pratiquement au
même instant, correspond à la transmittance pour cette longueur d’onde.
10.7.1 Spectromètres à transformée de Fourier (IRTF)
Les spectromètres infrarouges à transformée de Fourier correspondent à un montage optique
à simple faisceau qui comporte comme pièce essentielle un interféromètre — souvent de
type Michelson — placé entre la source et l’échantillon (fig. 10.7c).
Les radiations issues de la source polychromatique viennent frapper une séparatrice,
constituée d’un film semi-transparent de germanium déposé sur une lame de KBr. Ce dispositif permet de générer deux faisceaux dont l’un se dirige vers un miroir fixe et l’autre
vers un miroir mobile dont on fait varier la distance à la séparatrice. Ces deux faisceaux,
recombinés ensuite sur le même trajet, traversent l’échantillon avant de venir frapper le détecteur qui reçoit l’intensité lumineuse globale. C’est un procédé de multiplexage appliqué
ici au domaine des signaux optiques. Le cœur de l’interféromètre de Michelson est le miroir
mobile, seule pièce en mouvement, qui oscille au cours du temps entre deux positions extrêmes. Lorsque sa position est telle que les chemins empruntés par les deux faisceaux ont
même longueur, la composition de la lumière sortant de l’interféromètre est identique à la
lumière qui y entre. Par contre, lorsque le miroir mobile quitte cette position particulière, la
lumière sortante a une composition spectrale qui dépend du déphasage entre les deux voies :
le signal transmis au cours du temps par le détecteur est traduit sous forme d’un interférogramme , (Int. totale) = f (d), d représentant la différence de trajet optique entre les deux
voies (fig. 10.8). La gestion du banc optique et l’acquisition des données est réalisée par
une interface électronique spécifique. Pendant le déplacement du miroir, un convertisseur
ADC échantillonne l’interférogramme sous forme de milliers de points. Chacune de ces
valeurs correspond à une position du miroir et représente l’intensité globale qui a traversé
l’échantillon. Il s’agit formellement du second membre d’une formidable équation linéaire
dont les termes correspondent aux intensités des n différentes longueurs d’onde (choisies en
nombre fini) pour la position considérée du miroir et après absorption par l’échantillon. À
partir de ces milliers de valeurs, un microprocesseur spécialisé exécute, en moins de temps
qu’il ne faut pour le dire, le calcul d’une matrice géante en suivant un algorithme particulier
de transformée de Fourier rapide, dû à Cooley, pour conduire aux amplitudes de chaque
longueur d’onde de la bande spectrale étudiée. Compte tenu d’un facteur de résolution imposé par la méthode de calcul, on obtient la représentation classique du spectre I = f (l)
ou I = f (n). Selon le théorème de Nyquist, il faut au moins deux points par période pour
retrouver, par calcul, une longueur d’onde donnée du spectre. Pour obtenir le spectre d’un
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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Pendant longtemps, les spectromètres du moyen infrarouge ont été construits sur le principe des appareils double faisceau. Ce montage optique assez complexe qui est resté utilisé
dans l’UV/Visible, donne progressivement, en temps réel, le spectre de l’échantillon par
la mesure pour chaque longueur d’onde, de la transmittance calculée en comparant les intensités lumineuses en provenance de deux parcours optiques distincts, dont l’un sert de
voie de référence et l’autre passe par l’échantillon. À cette fin, la lumière issue de la source
est séparée par un jeu de miroirs en deux faisceaux semblables dont l’un se dirige vers le
compartiment échantillon et l’autre vers le compartiment de référence. Pour chaque petit
intervalle de longueur d’onde, défini par le monochromateur, la lumière ayant suivi chacune des deux voies arrive alternativement sur le détecteur par effet d’un miroir tournant au
rythme d’une dizaine de fois par seconde. Le rapport des signaux obtenus pratiquement au
même instant, correspond à la transmittance pour cette longueur d’onde.
10.7.1 Spectromètres à transformée de Fourier (IRTF)
Les spectromètres infrarouges à transformée de Fourier correspondent à un montage optique
à simple faisceau qui comporte comme pièce essentielle un interféromètre — souvent de
type Michelson — placé entre la source et l’échantillon (fig. 10.7c).
Les radiations issues de la source polychromatique viennent frapper une séparatrice,
constituée d’un film semi-transparent de germanium déposé sur une lame de KBr. Ce dispositif permet de générer deux faisceaux dont l’un se dirige vers un miroir fixe et l’autre
vers un miroir mobile dont on fait varier la distance à la séparatrice. Ces deux faisceaux,
recombinés ensuite sur le même trajet, traversent l’échantillon avant de venir frapper le détecteur qui reçoit l’intensité lumineuse globale. C’est un procédé de multiplexage appliqué
ici au domaine des signaux optiques. Le cœur de l’interféromètre de Michelson est le miroir
mobile, seule pièce en mouvement, qui oscille au cours du temps entre deux positions extrêmes. Lorsque sa position est telle que les chemins empruntés par les deux faisceaux ont
même longueur, la composition de la lumière sortant de l’interféromètre est identique à la
lumière qui y entre. Par contre, lorsque le miroir mobile quitte cette position particulière, la
lumière sortante a une composition spectrale qui dépend du déphasage entre les deux voies :
le signal transmis au cours du temps par le détecteur est traduit sous forme d’un interférogramme , (Int. totale) = f (d), d représentant la différence de trajet optique entre les deux
voies (fig. 10.8). La gestion du banc optique et l’acquisition des données est réalisée par
une interface électronique spécifique. Pendant le déplacement du miroir, un convertisseur
ADC échantillonne l’interférogramme sous forme de milliers de points. Chacune de ces
valeurs correspond à une position du miroir et représente l’intensité globale qui a traversé
l’échantillon. Il s’agit formellement du second membre d’une formidable équation linéaire
dont les termes correspondent aux intensités des n différentes longueurs d’onde (choisies en
nombre fini) pour la position considérée du miroir et après absorption par l’échantillon. À
partir de ces milliers de valeurs, un microprocesseur spécialisé exécute, en moins de temps
qu’il ne faut pour le dire, le calcul d’une matrice géante en suivant un algorithme particulier
de transformée de Fourier rapide, dû à Cooley, pour conduire aux amplitudes de chaque
longueur d’onde de la bande spectrale étudiée. Compte tenu d’un facteur de résolution imposé par la méthode de calcul, on obtient la représentation classique du spectre I = f (l)
ou I = f (n). Selon le théorème de Nyquist, il faut au moins deux points par période pour
retrouver, par calcul, une longueur d’onde donnée du spectre. Pour obtenir le spectre d’un
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit