CARMINA « Caractérisation in-situ de systèmes micro et nano-

particulaires »

CONTACT :Fabrice.Onofri@polytech.univ-mrs.frIUSTI - UMR CNRS n°6595 - Polytech'Marseille-Dept. ME., Technopôle Château Gombert, 13453 Marseille cedex 13.T:(+33) 4 91 10 68 92 / 6 30 33 06 35

Journées Nationales en Nanosciences et Nanotechnologies 2011

F. Onofri(P1,*), K-F. Ren(P2), L. Boufendi(P3), C. Grisolia(P4) et al. (P1) CNRS/Univ. Aix-Marseille, IUSTI UMR 6595, 13453 Marseille cedex 13. (P2) Univ. Rouen/CNRS, CORIA, CORIA UMR 6614, 76801 St Etienne du Rouvray. (P3) Univ. Orléans/CNRS, GREMI UMR 6606, 45067Orléans cedex 2. (P4) CEA, IRFM, F-13108 Saint-Paul-lez-Durance.

[A1] Onofri F., Wozniak M., Barbosa S., Contrib. Plasma Physics 51(2-3):228-236 (2011)[A2] Ren K-F., Onofri F.R.A, Rozé C., Girasole T., Opt. Lett. 36(3): 370-372, 2011[A3] Onofri F., Krzysiek M.A., Barbosa S., Messager V., Ren K-F., Mroczka J., App. Opt. (sous presse, ID_147416, 2011)[A4] Wozniak M., Onofri F., Barbosa S.,Yon J., Mroczka J., J. Aerosol Sci. (soumis, 2011)

Modèles de particules et modèles de diffusion

Méthodes inverses et analyses complémentaires

Diagnostics optiques - instrumentation

Tests expérimentaux

Modèles de particules : agrégats (buckyballs et fractals, Figs. 2 & 3), sphéroïdes (Fig. 5)

Modèles de diffusion : électromagnétiques (Lorenz-Mie, T-Matrice, dipôles discrets … Fig. 4) [A1], géométrie différentielle avec modèles physiques (Fig. 5) [A3-4] Simulation d’agrégats avec un pavage régulier (icosaèdres et géodes)

np=92 (Bore)

Spectrométrie d’extinction (LES) (Figs. 4, 8, 10, 12) [A1] Mesure longue distance Accès optiques réduits Spectre UV-NIR Intégration 1D+

Morphologie Equation de dispersion des matériaux

Néphélométrie statique (SLS) (Figs. 5, 9 & 11) [A5] 1 seule longueur d’onde Morphologie (dimension fractale, …) Mesure locale Accès optiques très importants Asymptotiquement peu résolvante.

Fig. 9 Plan du dispositif SLS (plasma)Fig. 8 Schéma de principe et photographie du système LES (aérosol)

Nano et micro- aérosols- Pulvérisation et séchage de suspensions colloïdales- Formation/observation de Buckyballs (cf. Fig. 10)

Combustion- Flamme de diffusion d’éthylène (cf. Fig. 11)- Formation de particules primaires et suies

Décharges basse pression- Argon/Silane, Argon/Ethylène,… (cf. Fig. 12)- Formation/croissance d’agrégats cristallins/amorphes

Plasmas fusion (Tore-supra et calculs ITER)- Diagnostic des poussières mobilisables [A6],- Analyses de prélèvements (Tore-Supra).

Inversion algébrique (équation de Fredholm du premier type)- Régularisation (Towmey-Philipps, Tikhonov,…) [A1, 3]

- Méthode des moindres carrés avec composantes non négatives (Matlab et fortran, cf. Fig. 6).

Inversion asymptotique (uniquement néphélométrie) - Lois de décroissance des diagrammes de diffusion (Dimension fractal, rayon giration,… cf. Fig. 11)

- Calibrations théoriques (modèles de diffusion)

Analyses TEM quantitatives- Extraction des paramètres morphologiques (Dim. fractale, rayon giration, PSD part. primaires…, cf. Fig. 7)- Biais induits par la projection 2D (modèle simplifié de formation des images TEM) et l’échantillonnage (sédimentation) [A4]

Caractérisation in-situ et contrôle non intrusif de la granulométrie et de la concentration de systèmes nano et micro particulaires : plasma froids, fusion (Fig. 1 a-b)), systèmes réactifs (Fig. 1 c), suspensions (Fig. 1 d) et aérosols (Fig. 10). Ceci requiert le développement de modèles de diffusion de la lumière par des objets complexes, le développement de diagnostics optiques inverses permettant des mesures à «grande distance», ainsi que différentes expériences de validation.

Objectifs & Contexte :

Résultats marquants :

Production scientifique (publications, brevets) :

Fig. 2 Modèles pour les Buckyballs Fig. 3 Logiciel DLA/TEM Fig. 4 Extinction de différents agrégats fractals

Fig. 5 Diagrammes de diffusion de sphéroïdes

Fig. 10 Comparaison LES/MEB (aérosol) Fig. 11 SLS et combustion Fig. 12 Comparaison LES/TEM: plasma poussiéreux

Fig. 1

Fig. 6 Logiciel d’inversion des spectres d’extinction Fig. 7 Analyse fractale (suies)

[A5] Caumont-Prim C., Yon J., Copalle A., Ren K-F, A.A.P.P 89 (1) C1S8901 (2011)[A6] Onofri F., Barbosa S., Wozniak M., Mroczka J., Vrel D., Grisolia C., Fusion Sci. Technol. (soumis, 2011)