LUMINESCENCE

Dans cet expos, nous abordons les points suivants relatifs aux phnomnes deluminescence:

Gnralits: Principes de base de ce phnomne; Thermoluminescence: Gnralits et applications; Bio-chimi-luminescence: Gnralits et applications;

2.1. Dfinition

La luminescence est la proprit qu'ont certaines substances de restituer sous forme dephotons d'nergie q=h d'origine non thermique (c'est--dire que l'on ne considre pasl'incandescence comme un phnomne de luminescence) une partie de l'nergie absorbe aucours d'une excitation de type divers. Il s'agit donc de la dsactivation d'une molcule excitevers un tat nergtique moins lev.

Il existe une multitude de processus d'excitation pour provoquer la luminescence. Deplus chaque type d'excitation correspond une dnomination particulire de la luminescence(par exemple une excitation de type chimique donnera lieu de la chimiluminescence ou de labioluminescence alors qu'une excitation par chauffement sera caractrise par de lathermoluminescence). Le tableau ci-dessous dtaille toutes ces -appellations.

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1. Introduction

2. Gnralits

2.1.1. La luminescence atomique et molculaire

2.1.1.1. Atomes isols

L'excitation d'un atome isol (notons qu'un gaz trs rarfis peut tre considr commeun ensemble d'atomes isols) conduit ce que tout les monde a dj vu : c'est--dire un spectrede raies. Lors d'une excitation, l'atome n'absorbera que certaines frquences du rayonincident correspondant aux transitions possibles de l'atome du aux niveaux discrets d'nergie.

EE2

E1

F

hh2

h1M Excitation

Dsactication

1 2 3

La figure ci-dessus montre les trois diffrentes manires possibles de retour l'tatinitial d'un atome excit :

Soit directement, en mettant un photon d'nergie gale celle du photonabsorb. Il s'agit du phnomne de rsonance.(1)

Soit indirectement. Par des niveaux intermdiaires en mettant plusieurs photonsh1 et h2 (2) ou en passant par un tat mtastable (M) la suite d'une collision interatomique(peu probable) (3).

Ainsi tous les atomes isols peuvent devenir luminescents. Ces lois sont rgis par laspectroscopie atomique.

2.1.1.2. Luminescence molculaire

Ce qui vient d'tre dit pour les atomes isols reste valable pour les molcules isolesmais les lois sont plus compliques cause des vibrations et des rotations molculaires quiintroduisent des niveaux d'nergie supplmentaire comme le montre le schma de la pagesuivante.

Niveau d'nergie d'une molcule

2.1.1.3. Atomes ou molcules en interaction

Quand la pression d'un gaz (ou d'une vapeur) augmente, on assiste des transferts del'nergie d'excitation par collision. d'o apparition d'nergie cintique et d'tats mtastables. Leretour l'tat fondamental se fait dsormais avec une diminution du rendement deluminescence et un largissement du spectre d'mission. Il apparat ainsi un spectre de bandes.

Electronique Electronique+ vibration

Electronique+ vibration+ rotation

D'autre part le retour l'tat fondamental peut parfois se faire sans mission de lumire(transitions non radiatives).

2.2. Luminescence cristalline

La luminescence des corps cristallins est due des centres d'mission (activateurs,luminognes). Ces centres sont :

soit des imperfections physiques du rseau cristallin d'accueil (lacunes, atomesinterstitiels, dislocations,...). On parlera de luminescence intrinsque.

soit, le plus souvent, des imperfections chimiques (atomes d'impurets)introduites dans le cristal pur en faible proportion (position interstitielle ou substitutionnelle).On parlera alors de luminescence extrinsque.

Le mcanisme de luminescence cristalline s'explique souvent l'aide d'un schma debandes d'nergie. Nous en prsentons un exemple dans la figure suivante.

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Alors que dans le cristal parfait il n'y a pas de niveaux dans la bande interdite (Figure a),la prsence d'imperfection dans le cristal introduit des niveaux permis dans la bande interdite(BI) ou dans les bandes permises. Ces niveaux sont de plusieurs sortes :

Les niveaux de recombinaisons (e+/e-) (Figure b) Les niveaux mtastables : piges e- (Pe) ou e+ (Pt) (figure b) Les niveaux fondamentaux (F) et excit (E) de centres pouvant tre isols,

l'excitation des centres se faisant avec ou sans l'intervention des porteurs libres provenant desbandes permises (Bande de conduction, BC, ou bande de valence, BV).

Les spectres de luminescence cristalline diffrent des spectres atomiques, notammentpar deux aspects fondamentaux. Premirement on observe en gnral des bandes et non desraies. Deuximement les radiations mises sont dcals vers de grandes longueurs d'ondes parrapport aux radiations absorbes. Ces deux aspects sont dus l'interaction entre le centred'mission et le rseau cristallin. Il s'agit l de la thorie du champ cristallin.

2.3. Le transfert dnergie

Le transfert dnergie est le phnomne physique observ lorsquune molculeluminescente ltat excit cde une part de son surcrot dnergie une molcule acceptricefluorescente. Cette dernire se dsexcitera en mettant un photon de fluorescence.

Le transfert nergtique dun donneur vers un accepteur peut tre de nature radiativeou non. Dans le cas dune mission radiative, le quantum dnergie transfr se fait par unphoton. Dans le cas dune mission non radiative, le transfert nergtique peut galement seraliser de manire lectronique, par collision lectronique ou par transfert nergtique dersonance. Ces phnomnes ncessite le recouvrement des orbitales.

2.4. Dtermination des couples (donneur/accepteur)

Cest le choix des couples (donneur/accepteur) qui conditionne le type de transfertnergtique. Ce choix repose sur lanalyse des spectres dmission et dabsorption molculairedes deux lments du couple (CF. figure page suivante). Le spectre du fluorophore estcaractris par le dpassement de Stokes entre la longueur donde dabsorption maximale et lalongueur donde dmission maximale. La zone anti-stokes rsulte du chevauchement duspectre dmission et dabsorption du fluorophore. Il faut rechercher la meilleure rsolutionpossible entre les deux missions du donneur et de laccepteur. Ce dplacement de Stokesdoit tre le plus important possible. En revanche, plus la zone (J) reprsente en hachure sur lafigure est importante, plus le transfert efficace. La zone J rsulte d lintersection du spectredmission du donneur et du spectre du receveur.

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3.1. Gnralits

3.1.1. Dfinitions et principe

Comme cela a t dcrit prcdemment, le phnomne de luminescence consiste en larmission par un corps sous forme lumineuse d'une nergie qu'il a reue par le biais d'uneirradiation quelconque. Ce phnomne s'explique par le passage de certains lctrons desatomes du corps excit d'un niveau d'nergie un autre. En gnral, aprs le passage d'unlctron de son niveau d'nergie initial (v sur le schma suivant) au niveau suprieur (u) parune irradiation adquate, l'lectron retrouve spontanment son niveau initial en rmettant unphoton lumineux. Cependant, il existe certains corps pour lesquels on trouve des niveauxd'nergie mtastables (m sur la figure suivante) situs entre deux niveaux "classiques". Ainsi,ds que l'on irradie ces corps, les lectrons dplacs viennent ensuite se positionner dans cesniveaux mtastables, appels pour cette raison "niveaux piges" et le phnomne deluminescence n'a alors pas lieu.

C'est l qu'intervient alors la thermoluminescence qui consiste a chauffer le corps enquestion pour fournir l'nergie ncessaire l'electron pour retrouver le niveau suprieur etensuite retourner naturellement son niveau initial en mettant de la lumire. En effet, laprobabilit que l'lectron retourne au niveau m est alors trs infrieure celle qu'il a de reveniren v.

3. Thermoluminescence

E u

v

m

1 Irradiationpralable

2 Stimulationthermique

3 Luminescence

En terme de luminescence, on distingue fluorescence et phosphorescence. Si le temps tcqui spare l'irradiation de l'mission est infrieur 10-8s, on parle de fluorescence. Dans l'autrecas, il s'agit de phosphorescence. Or, dans le cas de la thermoluminescence, ce temps esttoujours suprieur 10-8s du fait du temps de sjour dans le niveau pige. On aura donctoujours phosphorescence.

Nous allons maintenant introduire quelques paramtres permettant de suivremathmatiquement le phnomne de thermoluminescence.

Tout d'abord, dfinissons le temps b qui correspond au temps de sjour d'un lectrondans un pige. A la temprature T, ce temps a pour expression b=s-1exp(E/kT) o E estl'nergie de transition entre m et u et k est la constante de Boltzmann.

Des modles ont ensuite t envisags pour dterminer la variation de l'intensit dephosphorescence en fonction du temps I(t) et en supposant en premire approximation que Iest proportionnelle au taux de transition des lectron de u vers v, c'est--dire de m vers u, onobtient l'quation suivante correspondant une cintique d'ordre 1 : I(t) = -Adn/dt = An/bd'o I(t) = I0exp(-t/b) o I0 est l'intensit t=0 au moment de la stimulation thermique. On peutaussi imaginer un modle plus complexe o les lectrons peuvent retourner en m o l'on peuttrouver plusieurs niveaux piges d'nergies diffrentes et on a alors une cintique d'ordre 2. Laloi gnrale de I(t) est, en appelant x l'ordre de la cintique envisage :

I(T) = snx exp(-E/kT)(1+(nx-1/NV) exp( / ) E kT dtT

T

0

)-x/x-1 (E) o n est le nombre d'lectrons

pigs et N est le nombre de piges disponibles.

De plus nous avons vu que b varie exponentiellement en fonction de T. Lorsque E estfaible devant T, b est trs petit et on a bien phosphorescence la temprature d'irradiation. Parcontre, lorsque le niveau pige est profond (E trs grand), une augmentation de tempraturepermet alors l'mission lumineuse dans des dlais observables. C'est l qu'apparat l'intrt desthermogramme I(T).

3.1.2. Le thermogramme

Ces thermogrammes s'obtiennent en faisant varier la temprature une vitesse uniformeV et en relevant l'intensit lumineuse dgage par le corps. On note alors l'apparition de picsd'intensit lumineuse pour des tempratures donnes qui permettent donc de dceler l'existencede piges caractristiques de la composition du corps tudi. Plus la temprature d'apparitiondu pic est leve, plus la profondeur du pige dfinie prcdemment est grande.

De plus, l'aire comprise sous le pic donne une indication sur le nombre de pigesoccups avant la stimulation thermique dans la mesure o elle lui est proportionnelle.

Il est mme possible, partir de l'expression (E), d'tablir des relations entre lestempratures des pics et la profondeur E des piges correspondants.

On dispose pour tablir ces thermogrammes de deux types d'appareils dont les principessont identiques mais qui se distinguent par les plages de temprature que l'on peut balayer. L'unpermet d'aller de 20 600C alors que l'autre autorise une exploration de -180 200C.

En ce qui concerne le principe, ces deux appareils sont composs d'un porte-chantillonplac sur un four. Une lampe U.V. permet l'irradiation de l'chantillon et unphotomultiplicateur capte l'intensit lumineuse mise pour ensuite transmettre un signal unmicro-ordinateur. La temprature du four est bien entendu commande par un programmechoisi par l'utilisateur et des mesures de tempratures sont rgulirement transmises l'ordinateur.

On obtient ainsi des thermogrammes aussi bien sur des produits naturels (cf. graphiqueci-aprs relatant les rsultats de la mesure effectue sur un cristal naturel de quartz norvgien) que synthtiques.

INSERER ICI LE THERMOGRAMME

La thermoluminescence pouvant aussi tre lie l'existence de dfauts, il est parexemple possible de distinguer des pltres obtenus sous diverses conditions de cuisson dugypse. En effet, plus la pression de cuisson est faible, plus les dfauts sont importants et plusles piges sont nombreux.

Aprs cet expos des gnralits concernant la thermoluminescence, nous allons prsent exposer quelques applications plus pratiques de la thermoluminescence.

4.1. Introduction

Comme son nom l'indique, la thermoluminescence (TL) consiste en l'mission delumire sous l'effet de l'chauffement d'un matriau, gnralement un isolant tel le fluorure delithium (LiF). Dans cette partie, on va voir la TL en tant qu'instrument de dosimtrie c'est dire pour mesurer les doses de radiations, mais elle peut aussi tre utilise d'autres cas, parexemple comme mthode de datation d'antiquits...

De faon simplifie, la chaleur excite un lectron qui tait pris dans un pige (c'est dire un dfaut du matriau), puis l'lectron se dsexcite en mettant de la lumire.

Avant de prendre des dcisions sur le choix du matriau dosimtrique convenable et sesproprits lors d'une application donne, nous devons avant tout connatre les demandes et lescontraintes d'une telle application. Voici brivement les domaines d'application dans lesquels ladosimtrie thermoluminescente joue des rles de trs grande importance :

4.2. Les diffrentes applications de la dosimtrie thermoluminescente

4.2.1. Dosimtrie du Personnel

Le but de ce type de dosimtrie est de surveiller les doses de radiations auxquelles lesoprateurs des centrales nuclaires ou les techniciens d'appareils radiologiques, subissentpendant des expositions routinires. En effet, il parat ncessaire de limiter l'exposition dupersonnel aux radiations afin de ne pas dpasser les limites de scurit. Ces limites sont basespar exemple sur les recommandations de rglementation des agences de scurit comme laCommission Internationale de la Protection Radiologique C.I.P.R.

De plus que la surveillance routinire, le domaine de la dosimtrie du personnel inclut ladtermination des doses absorbes causes par des expositions accidentelles des radiations. Ilexiste trois types de dosimtrie du personnel :

4. La dosimtrie thermoluminescente

1) La dosimtrie des extrmits : il s'agit de la dtermination de la quantit maximalepermise absorbe par les mains, les bras et les pieds.

2) La dosimtrie du corps : on dtermine dans ce cas, la quantit absorbe uneprofondeur de 1 cm de la peau humaine. On s'intresse dans ce cas aux radiations pntrantescomme les rayons Gamma, les neutrons, et les rayons X tel que E > 15 Kev.

3) La dosimtrie de la peau : on dtermine la quantit absorbe une profondeur de0.1 mm. On s'intresse dans ce cas aux radiations non pntrantes comme les particules Bettaet les rayons X tel que E < 15 Kev.

4.2.2. Dosimtrie de l'environnement

Il s'agit dans ce domaine de la protection de l'environnement des radiations que peuventmettre les centrales, les dchets et les accidents nuclaires. De ce rsultat, on voit que lasurveillance et le contrle continus des missions et des fuites de radiations, concernent de plusen plus les pays industriels. L'utilisation de la dosimtrie thermoluminescence est un facteurimportant dans ce domaine d'activit nuclaire puisqu'elle permet de dtecter toute fuite deradiations dangereuses et assure donc une meilleure scurit.

La dosimtrie thermoluminescente concerne aussi les astronautes qui sont exposesdans leurs missions spatiales des sources de radiations comme les protons de haute nergie etdes particules lourdes charges de la lumire solaire.

4.2.3. Dosimtrie clinique

Les matriaux thermoluminescents de trs petite taille sont aussi exploits dans ledomaine mdical. On introduit ces matriaux travers les orifices du corps humain avantd'exposer le patient aux radiations pendant des diagnostics ou des thrapies. Ce dosimtrethermoluminescent est ensuite retir et analys. C'est bien grce ce moyen que les mdecinssont capables de dterminer la quantit de radiations dlivre un organe interne maladependant cette procdure, et de ces informations, ils sont capables de prescrire les traitementsconvenables.

Les domaines d'utilisation de ce type de dosimtre sont le diagnostic radiologique (Rayons X) et la radiothrapie (thrapie des cancers).

4.3. Les proprits des matriaux de dosimtrie thermoluminescente

Dans cette partie nous allons dcrire les proprits des matriaux utiliss en dosimtriethermoluminescente. Ces proprits sont analyses afin de dterminer la performance desdosimtres utiliss.

4.3.1. La rponse du matriau

C'est l'intensit de thermoluminescence libre par le matriau lors de son retour a l'tatstable aprs avoir t excit par une radiation donne. C'est une fonction de la quantitabsorbe de radiation D. Le matriau dosimtre le plus idal est celui qui une rponse linaire D, mais la plupart des matriaux utilise en dosimtrie des proprits de non-linarit, et surla variation de l'intensit thermoluminescence est linaire puis supralinaire puis sublinaritquand la quantit D augmente. On dfinit l'indice de supralinarit f(D) comme :

f(D) = ( ( )/ )( ( )/ )F D D

F D D1 1O F(D) est l'intensit thermoluminescence, et D1 est une valeur pour laquelle l'intensit estlinaire.

La proprit de linarit est dfinie par f(D) = 1, si f(D) > 1 on dit qu'on a unesupralinarit et si f(D) < 1 on dit que l'on a une sublinarit. Cette non-linarit est lie lasaturation que prsente le matriau quand la quantit de radiation D augmente. En effet quandla quantit D augmente, les sites de pntration des radiations sont de moins en moins largesjusqu' qu'ils se saturent.

4.3.2. La rponse en nergie

Pour une dose donne D, l'intensit thermoluminescente I mise par un matriau estproportionnelle la quantit d'nergie des radiations initialement absorbes par ce matriau.Cette relation dcoule de la dpendance du coefficient d'absorption du matriau de l'nergiedes radiations.

4.3.3. Fading et Stabilit

La stabilit du signal dans l'environnement o le dtecteur dosimtre est install, est unimportant critre dans le choix de ce dtecteur. Ainsi, Il parait ncessaire d'estimer si lescharges ou radiations piges l'intrieur du matriau peuvent tre perdues avant la deuximetape de dsexcitation du matriau, sous forme de chaleur (fading thermique), lumire (fadingoptique) ou par d'autres moyens (fading anomal). On rappelle que le fading c'est la diminutionmomentane d'une onde radiolectrique.

Il est ncessaire de savoir que si la profondeur des piges ou des sites (en nergie ) estpetite, alors les fadings peuvent se produire facilement pendant l'tape d'irradiation ou mmeentre l'irradiation et la dsexcitation. Il est donc bien conseill de travailler avec des matriauxdont la courbe de thermoluminescence ( courbe qui trace la rponse du matriauthermoluminescent en fonction de la temprature d'utilisation de ce matriau), reprsente unpic autour de 200-250C.

Occasionnellement, certains dtecteurs sont utiliss dans un environnement hautetemprature, ceci ncessite de slectionner le matriau qui possde des pics de tempratureassez levs; Ceci vitera facilement le fading thermique.

D'un autre cot, le fait que certains piges peuvent tre vids par une stimulationoptique, augmente le problme du fading optique. Un dosimtre qui est expos de faoncontinue la lumire du soleil, des lampes fluorescentes ou d'autres sources nergtiquesde lumires artificielles, pour perdre une partie de son signal par stimulation de piges chargspar des photons.

Pour les applications en dosimtrie, un matriau est test en l'exposant un chantillonirradi une source de lumire de longueur d'onde connue, et puis de comparer aprs uncertain temps, son signal thermoluminescent avec un chantillon similaire entrepos dansl'ombre. Idalement, aucun effet optique est demand. Au contraire, une trs grande sensibilitoptique est dsire dans certaines applications.

4.3.4. Les procdures d'annihilation

Le but de ces procdures d'annihilation est de rtablir l'quilibre thermodynamique quiexistait dans le matriau avant lui faire subir des irradiations afin de pouvoir rutiliser lematriau comme dosimtre thermoluminescent. Il s'agit en fait de renverser les ractions dediffusion thermique qui interviennent pendant la procdure de thermoluminescence, et delibrer les piges des irradiations par annihilation thermique d'abord haute temprature (250-300C par exemple) puis basse temprature (80C). L'annihilation thermique peut dsormaisdtriorer certaines proprits du matriau

4.3.5. Autres facteurs

Il y a bien videmment d'autres critres que l'on doit considrer dans la slection dumatriau dosimtre. Parmi ces critres, il y a les effets de l'environnement, par exemple, undosimtre ne doit pas subir aucun changement physique ou chimique pendant son utilisation.Ceci ncessite une encapsulation dans les porteurs spcialement conus pour viterl'exposition l'humidit et aux agents corrosifs.

Ces effets posent des problmes majeurs sur la rutilisation du matriau dosimtre.D'autres effets doivent tre voques comme la rsistance aux cycles thermiques rpts et lamanutention continue du matriau.

Un autre phnomne relevant dans la prcision des mesures est la faussethermoluminescence c'est dire la thermoluminescence qui ne rsulte pas d'une irradiation del'chantillon. La fausse thermoluminescence a plusieurs causes. Il peut s'agir d'une charge qui at transporte des piges profonds vers les piges de dosimtrie pendant l'exposition lalumire, etc..

Si un matriau dosimtre doit tre utilis, il est ncessaire d'avoir des informationssuffisantes sur ses performances, afin de pouvoir choisir le meilleur matriau pour obtenir lameilleure dosimtrie.

4.3.6. Caractristiques de certains matriaux utiliss en dosimtriethermoluminescente

Le Fluorure de Lithium est le matriau phosphorescent standard utilis en dosimtriecar il possde les proprits d'un bon dosimtre. De plus, Il rsiste la corrosion et l'usage etil est difficilement soluble dans l'eau. c'est selon les proprits voqus ci dessus que l'onchoisisse le matriau pour une application donne. Voici brivement la liste de certainesproprits des matriaux utiliss en dosimtrie :

Matriau Pic de Emissionmaximale

Niveau de Lesprocdures

Phosphorescent

thermoluminescenceen C

en nm saturation enrad

d'anihilation

LiF:Mg,Ti 210 425 105 400C, 1heure80C, 24heures

LiF;Mg,Ti,Na 220 400 gnralementnonncessaire

LiF,Mg,Cu,P 232 310-410 > 10 4 250C, 10 mn

Mg2Si04:Tb 200 380-400 > 10 5 500C, 3

heures

CaF2 300 500 10 5 non

ncessaire

AL2O3 250 425 10 5

BeO 180-200 330 5*10 5 600C, 15 mnCaractristiques de certains matriaux utiliss en dosimtrie thermoluminescente.

4.4. Applications de la dosimtrie thermoluminescente :

Vu le danger qu'apportent les radiations nuclaires Alpha, Beta, Gamma, etc.., desappareils de dosimtrie de ces radiations sont installs auprs des racteurs nuclaires pourassurer une meilleure scurit et dtecter toute fuite accidentelle. Pour la dosimtrie desradiations Gamma par exemple, on utilise des matriaux faciles prparer rutilisables, defading ngligeable, etc...

Il existe bien videmment d'autres applications de la dosimtrie comme la mesure deschamps de rayonnement ionisant pouvant tre rencontrs en priode de guerre comme enpriode de paix, etc...

4.4.1. Un important domaine dapplication de la Thermoluminescence : Ladatation archologique

La datation des faits reste la notion la plus importante dans le domaine de larchologie,car un phnomne non ou mal dat est inutilisable pour toute synthse rigoureuse de lhistoire.Il est en effet lheure actuelle encore difficile de dater certains sites prhistoriques parmanque dinformations.

On connat bien videmment le systme classique de datation au Carbone 14, maisdepuis une quinzaine dannes est apparue une nouvelle technique de datation permettant decouvrir des poques plus lointaines que celles permises par le C14 (sites du palolithiquesmoyens ou infrieurs) : la datation par thermoluminescence des pierres brles. Cette dernireayant aussi pour avantage le fait que les pierres brles abondent gnralement sur tout type desites.

4.4.2. Principe de la thermoluminescence (TL) en archologie

Le principe est relativement simple : toutes les roches terrestres contiennent en faiblequantit des lments radioactifs (uranium, thorium, potassium...). Leurs rayonnementsdposent une fraction de leur nergie en traversant les minraux. Le fait de chauffer vers500c libre cette nergie sous la forme dune mission de lumire proportionnelle la quantitde rayonnement reue depuis la cuisson de la roche.

Pour mesurer laction des rayonnements, on utilise la notion de dose (cf. chapitreprcdent) qui est lnergie que ces lments radioactifs dposent par unit de masse duminral. (1 rad = 100 ergs/gramme de minral).

Depuis sa cuisson (o tous les lments radioactifs ont du disparatre), le minral a reuune certaine dose de radioactivit, appele dose archologique. Pour la dterminer, on vacomparer la thermoluminescence naturelle (cf. graphique ci-dessous) de lchantillon -reprsente par laire sous la courbe 1- la thermoluminescence artificielle (TLA) - airecomprise entre la courbe 1 et la courbe 2 - induite au laboratoire par une dose connue dans unchantillon semblable au premier.

Il suffit alors deffectuer une simple rgle de trois, afin dobtenir la dose archologiqueaccumule dans lchantillon depuis sa dernire cuisson.

Pour calculer lge de lchantillon, il ne reste plus qu connatre la dose annuelledlivre dans le minral quon dduit des concentrations en radiolments de lchantillon et dusol qui lenvironne.

Lge est alors gal au rapport :

thermo

courbe 1 : TLN courbe 2 : TLN + TLA

4.4.3. Intrts et limites de la mthode

Comme nous lavons vu prcdemment ce principe de datation prsente des avantagescertains : possibilits de dater des sites trs anciens (palolithiques moyen) o le C14 atteignaitses limites, et simplicit de la rgle de dtermination : ainsi une pierre qui a t chauffe il y a2000 ans aura une mission sensiblement gale au double quune mme pierre chauffe il y a1000 ans.

Les premires datations ont t opres en 1966 Oxford par M.J Aitken sur descramiques gallo-romaine dge connu pour contrler les rsultats. Depuis cette mthode sestconsidrablement dveloppe...

Ainsi, il a t possible de dater des cramiques japonaises de la premire poque Jomondont certains auteurs remontaient lexistence 5000 BP (before present), et dont lge obtenuavec la datation en thermoluminescence avoisinait les 14 millnaires. A Jinmium, dans le nordde lAustralie, des roches ornes de cupules et dates de 75000 BP ont t dcouvertes, dequoi donner un coup de vieux aux australiens qui croyaient que lge de la grotte Chauvet(32000 BP) tait indtrnable.

Les comparaisons faites avec des chantillons dats au C14 montrent une prcision dedatation des cramiques par la thermoluminescence de lordre de 10%.

Malheureusement ce systme connat encore de nombreuses limites, en particulierconcernant la datation des temps prhistoriques. En effet la datation des cramiques estintressante dans la mesure o ces vestiges sont abondants sur les chantiers de fouille pour despriodes pr-protohistorique. Il a donc fallu utiliser dautres matriaux pour dater les tempsprhistoriques. On a donc essay dappliquer la mthode de TL aux diverses pierres (grs,granites, quartzites...) utilises par les hommes prhistoriques pour amnager leur foyer, et quiont donc subi laction du feu.

Mais les tempratures auxquelles taient soumises ces pierres taient-elles suffisantespour faire disparatre tout lment radioactif ? Car si la cuisson na pas t suffisante, la TLmesure est trop grande, et lge du foyer surestim...

temprature

Dautre part les radiolments sont distribus dune faon pratiquement uniforme dansles argiles, grce leur texture trs fine: la dose reue par les cristaux est donc relativementhomogne. Ceci est loin dtre le cas pour des roches grenues comme le granite, o les dosesreues sont rparties trs htroclitement. Do la ncessit de faire une cartographie desradiolments dans la roche pour obtenir une valuation exacte de la dose reue par un minraldonn.

De plus, pour des ges suprieurs 10000 ans, les doses archologiques reues par lesminraux sont gnralement assez importantes, et il arrive que leur TL soit prs de lasaturation : il nest alors plus possible dappliquer la rgle de trois (la TL ne varie plusproportionnellement la dose).

4.4.4. Conclusion et perspectives davenir

Lorsque le rle de la themoluminescence est apparu il y a une trentaine dannes, seulscinq laboratoires dans le monde y portaient des recherches. De nos jours ce nombre aconsidrablement augment, et lextension de cette technique des lments autres que lespoteries (pierres brles, deposits calcaires, laves volcaniques, sdiments gologiques,mtorites...) sest largement dveloppe.

Les limites de la TL vont au fait dpendre de la nature des roches tudies. Nous avonsvu quavec des roches dont la radioactivit naturelle est infime (silex, quartzites...) , il seraitpossible de remonter des poques de quelques centaines de milliers dannes. Par contre,avec des granites riches en radiolments, la saturation est vite atteinte, et les possibilits dedatation limites quelques dizaines de millnaires.

Quoiquil en soit, la mthode du C14 restera sans doute la mthode de datation la plusprcise jusqu 8000 ans environ. Au del de cette limite, C14 et TL devront tre confrontes :pour certains sites (sols ferralitiques africains entre autres), les vestiges organiques sedgradant vite, la TL est quasiment le seul repre chronologique. Pour les ges suprieurs 40-50000 ans, il en est de mme car la concentration en C14 dans les vestiges organiques estdevenue trop faible.

La mthode de datation par thermoluminescence devrait alors devenir un outil importantpour la datation des sites archologiques du palolithique, jusqualors mconnus etextrmement riches en objets...

5.1. La chimiluminescence:

5. III La bio-chimiluminescence:

Pour qu'une raction de luminescence puisse avoir lieu, il faut une raction trsexergoniques parmi lesquelles l'oxydorduction. Elle se droule en phase gazeuse, solide ouliquide. Cette dernire est la seule exploite. Les mcanismes ractionnels de lachimiluminescence sont multiples mais tous peuvent tre dcomposer en trois tapesprincipales:

La raction prliminaire de formation d'un compos intermdiaire; L'excitation du compos intermdiaire par transformation de l'nergie chimique de

l'tape prcdente en nergie lectronique; L'mission de lumire par le compos intermdiaire passant de l'tat nergtique

excit un tat nergtique infrieur.

Ces trois tapes permettent l'mission de lumire si l'on travaille avec des composschimiques particuliers. On peut cependant ajouter une quatrime tape qui correspond untransfert nergtique d'un luminophore un fluorophore.

Dans cette partie, nous n'exposerons pas tous les composs susceptibles d'mettre de lalumire travers le processus prsent plus haut. Nous nous bornerons reprsenter lecheminement chimique de certains composs pour illustrer le processus de production delumire.

5.1.1. la chimiluminescence avec le luminol et ses drives:

Nous vitons de rentrer trop en dtail dans le procd chimique de la raction. Uneoxydation du luminol forme le compos intermdiaire qui est le responsable de l'mission dephotons.

5.1.1.1. Les paramtres de la raction:

Le rendement de luminescence et la longueur d'onde des photons mis dpendent desconditions opratoires.

L'intensit lumineuse est proportionnelle la concentration en luminol; Le choix de l'oxydant est important. On utilise gnralement le peroxyde

d'hydrogne ou l'oxygne molculaire; L'utilisation d'un catalyseur tels que des ions mtalliques (Ni2+, Cr3+, Cu2+) est

ncessaire lors de la prsence de certains oxydants. La prsence d'ions halognures avec certains catalyseurs entrane une amplification

de la luminescence.

Nous pourrions prvoir par exemple une raction en mettant en prsence les diffrentscomposs suivants: Luminol / H2O2 / Cr

3+ avec un ion halognure Br -.

Remarques:Le pH est gnralement alcalin. Une diminution du pH entrane une diminution de la

luminescence.

Etant donn que l'on travaille en solution aqueuse, le solvant peut jouer un rle sur lalongueur d'onde. Cette dernire est aussi influenable par le transfert d'nergie sur un complexefluorescent qui met une longueur d'onde diffrente.

Une dernire intervention peut influencer les missions de photons. En modifiant lastructure du luminol, on peut modifier la luminescence.

5.1.2. La chimiluminescence avec les sels d'acridinium:

La chimiluminescence avec la lucignine, sel double d'acridinium, est observ en milieualcalin par oxydation en prsence de catalyseurs comme les mtaux. La raction chimiqueaboutit la formation d'un metteur de photons.

Ces deux exemples de chimiluminescence ne font pas intervenir de substancesfluorescente. En effet, c'est le compos intermdiaire qui est le responsable de l'mission dephotons.

Nous allons voir qu'il existe des substances chimiques qui sont susceptibles d'mettre dela lumire grce l'intervention de composs fluorescents.

5.1.3. Le cas des peroxyoxalates:

Les sels d'oxalate ou esters d'oxalate peuvent tre oxyds par H2O2 en solution. Unintermdiaire est form. Contrairement aux exemples prcdents, cet intermdiaire n'met pasde lumire mais l'excs d'nergie chimique qu'il contient est transmis un fluorochrome. Cecompos est alors excit et il met des photons.

Schmatisons le processus ractionnel suivant:

OXALATE + H2O2 DIOXETANEDIONE + 2 R

DIOXETANEDIONE + FLR (Fluorophore) FLR* + 2 CO2

Des molcules fluorescentes comme le rubrne ou le prylne sont ajouts au milieupour permettre l'mission de photons.

Beaucoup dautres molcules peuvent ragir comme les trois exemples cits plus haut.

Ces procds chimiques de luminescence ont des applications que nous verrons dans ladernire partie.

5.2. La bioluminescence:

Rapide

ExcitLente

h

La bioluminescence ou lumire du vivant est l'mission de lumire visible desorganismes vivants. Chez les animaux, de trs nombreuses classes d'invertbrs prsentent lephnomne de bioluminescence mais chez les vertbrs, seuls les poissons ont cetteparticularit. Chez les vgtaux, seuls les algues monocellulaires prsentent un phnomne debioluminescence. Enfin, quelques champignons et certaines bactries sont luminescentes.

5.2.1. Principe gnral:

Le mcanisme gnral est proche de celui de la chimiluminescence. En effet, la ractionest une oxydation d'un complexe form de deux entits que sont la lucifrine et la lucifrase.Ceci entrane la conversion de la lucifrine en oxylucifrine excite et nergiquement instable.Le retour l'tat stable s'accompagne de l'mission d'un photon.

Comme en chimiluminescence, il peut y avoir une substance fluorescente quiintervienne dans le mcanisme ractionnel. Dans ce cas, l'nergie emmagasine dans lecomplexe sert exciter cette substance qui servira d'metteurs de photons.

Schmatisons le mcanisme ractionnel:

Les lucifrines appartiennent diffrents groupes chimiques et n'ont pas ainsi destructures uniques. La lucifrine peut appartenir cinq groupes chimiques diffrents :aldhydes, benzothiazoles, ttrapyrroles, flavines et imidazolopyrazines. On ignore commentces composs sont synthtiss par l'animal. Certaines lucifrines sont directement transmisesd'organismes organismes par les chanes alimentaires. Il peut exister aussi des tres vivantsutilisant des systmes de production de lumire qui font appel des protines quivalentes lalucifrine. Pour illustrer ces phnomnes biologiques, nous allons prendre les exemple de laluciole et de bactries luminescentes qui utilisent ces procds dmissions.

5.2.2. Le cas de la luciole :

Le systme de la luciole est bas sur les mmes principes que celui expos ci-dessus. Lalucifrine est dabord active dans une tape par lATP (lAdnosine TriPhosphate sert chez lesvgtaux de transporteur dnergie). Cette activation se fait en prsence dions bivalents Mg2+.La lucifrine du complexe lucifrine/lucifrase/AMP est oxyde en prsence de lucifrase et

Lucifrase

Lucifrine

Substrat

EnzymeComplexe

+ O2

Complexeoxyd

Complexeexcit

Protine fluorescente

Transfert danscertains cas de

l'nergie ducomplexe vers une

protinefluorescente. Emissions

de photons

doxygne. Ce nouveau complexe est ainsi activ et peut revenir son tat stable en mettantun photon. Dans ce cas, lATP fournit lnergie ncessaire la premire phase de la raction

5.2.3. Le cas des bactries :

La raction de bioluminescence des bactries ncessite quatre composs :

la lucifrase bactrienne ;la flavine mononuclotide rduite ou FMNH2 qui sert de lucifrine ;un aldhyde longues chanes carbones servant de cofacteur ;loxygne molculaire.

Alors que le systme de la luciole fonctionne avec lATP, celui des bactries fait appelau NADPH. Ce compos apporte au dpart de lnergie une enzyme qui facilite la mise enplace de la raction. Les deux substrats, laldhyde et la flavine, sont oxyds. Il sagit doncdune oxydation double. Laldhyde aurait un effet sur le rendement de la raction. Nouspouvons schmatiser le bilan de la raction comme suit :

FMNH2 + O2 + RCHO FMN + H2O + RCOOH + H Lucifrase

Cette lucifrase est considre comme une oxydase fonctions multiples. En effet, ellecatalyse en mme temps loxydation de laldhyde et du FMNH2.

Ainsi, dans les deux cas exposs, la raction doxydation fournit lnergie chimiquencessaire un complexe pour quil puisse mettre des photons. La bioluminescence est utilispar les tres vivants pour plusieurs raisons.

5.2.4. Les fonctions de la bioluminescence :

On pourrait penser que la lumire produite sert clairer. Paradoxalement, peu dtresvivants utilisent cette caractristique pour sclairer. On peut distinguer trois raisonsessentielles la production de lumire.

Attraction des proies :

Certains poissons prsentent une partie luminescente de leur corps pour attirer lesproies. Un autre exemple va dans ce sens : Des larves de moustiques dveloppent des filslumineux qui attirent les insectes qui sy font piger. Mcanisme de dfense :

Cest apparemment le mcanisme qui utilise le plus la bioluminescence. En effet, ilpermet de tromper les prdateurs et de leur chapper. Cela peut se faire en mettant un clairlumineux qui les effraie. Les mduses et les anmones utilisent ce systme de dfense. La

bioluminescence permet aussi certains animaux de se camoufler. En mer, si le prdateur estsous sa proie, il la dtecte la silhouette sur fond clair du ciel. Ainsi, quelques poissonsilluminent leur face ventrale afin de se fondre dans la lumire du jour. Communication :

La dernire fonction importante de la bioluminescence est la communication entrepartenaires lors des parades sexuelles par exemple. Un ver luisant marin se sert de cephnomne par les parades. Les femelles mettent en continu de la lumire la surface etnagent en dcrivant des cercles. Les mles montent alors du fond de la mer et se dirigent avecprcision vers ces halos de lumire. Ils mettent eux aussi des clairs de lumire et tournent enmme temps que les femelles. A la fin, la lumire disparat brusquement.

5.3. Applications de la bio-chimi-luminescence

Les domaines dapplications de la bio-chimi-luminescence, et plus particulirement dela mthode de la mesure dATP comme marqueur biotique, sont trs diverses, ainsi le montrele tableau ci-dessous:

Domaine dapplication utilisations

Agro-alimentaire Contrle de strilit des aliments, des emballages suivi de lhygine suivi de fermentations contrle des procds...

Mdical Contrle de strilit de prparation injectable contrle de vaccins contrle de cellules cancreuses dermatologie...

Environnement Traitements des eaux rsiduaires suivi de dcharge valuations de lactivit microbienne tests de toxicit...

Divers Strilit de produits cosmtiques contrle de la dgradation des textiles par des agents

microbiens armes bactriologiques

Etudions maintenant plus prcisment quelques unes de ces applications.

5.3.1. a Applications agro-alimentaires:

Cest le domaine le plus important et le plus tudi actuellement. Il est actuellementpossible dvaluer la flore totale dun lait cru, deau minrale, de dtecter la contaminationdun lait pasteuris, dun jus de fruit. Dans le domaine de la fermentation l'activit des levainslyophiliss peut tre apprcie.

Dtermination du niveau de contamination:

Dans le lait, la bioluminescence a dabord t utilise pour dtecter les cellulessomatiques dont la prsence est signe dinfection de la mamelle. La mamite est une infectionsdu pis de la vache mais le lait des vache ne contient pas ncessairement un nombre lev debactries. Le diagnostique est plus facile en comptant les cellules somatiques; dans le lait unniveau lev indique la prsence de leucocytes apports par lorganisme pour combattrelinfection. La bioluminescence nous aide dtecter la concentration de bactries dangereusespour lhomme. Cette mthode de dosage t aussi appliqu aux ovoproduits, (blanc doeuf,jaune doeuf et oeuf entier), en 1987, par Jackubsak. La mthode permet de dnombrer 104

bactries par gramme de blanc doeuf. Ce niveau de sensibilit correspond la norme actuellede qualit des ovoproduits.

Lindustrie des jus de fruits et des boissons aux fruits est confronte la difficultpratique dobtenir des produits rigoureusement striles. La fabrication de boissons stables, surle plan microbiologique notamment, est devenue un impratif du fait, de lexigence duconsommateur, de laugmentation de la dure de distribution et des nouveaux modes deconditionnement des boissons.Cependant les traitements actuels nassurent pas la strilit absolue. Ajout a lvolution dela technologie (la cadence de production est de 3000 15000 litres par heures et quelque foisplus, par unit de production) et les normes de contrles entranent une augmentation dunombre dchantillons analyser et rendent les techniques classiques de contrle inadaptes etinsuffisantes.Cest pour cela que des techniques dites de contrle microbiologiques rapide ont tdveloppes. Elles prsentent deux avantages par rapport aux techniques classiques:Rduction du temps de dtection et abaissement du seuil de dtection, cependant un dlaidincubation relativement long est toujours lis ces nouvelles techniques.

Il est important pour lindustriel de prvoir laltration, un stade prcoce, des viandes.En effet, le produit doit atteindre, sans altration, sa date limite de vente dans les conditions destockage recommandes par la rglementation. L'utilisation de la luminescence dans le domainede la prparation des carcasses de poulet est motive par un double objectif:

- Dune part la dtermination de la qualit de fabrication du jour, afin de ragirimmdiatement lors du nettoyage-dsinfection des chanes dabattage, en cas de contaminationimportante;

- Dautre part, la localisation des foyers de contamination sur la chane, afin de lutterefficacement la dissmination des germes.

Suivi de lvolution dune flore microbienne:

Le dosage de lATP par bioluminescence constitue une mthode plus rapide et plussimple que les mthodes conventionnelles pour valuer la viabilit des levains microbiens. Lesinoculums envisags sont trs variables et concernent des domaines tels que la laiterie, labrasserie et la vinification.

La technique de bioluminescence peut permettre de slectionner un milieu de culture,damliorer le milieu choisi par additions de substances nutritives et de proposer desparamtres optimaux de culture, doptimiser ce milieu en vue de son utilisation industriel.Cette technique permet aussi de choisir la souche la plus performante. Le suivi du

dveloppement de micro-organismes sert ainsi contrler en continu la production de levuresindustrielles.

Par le suivi du dveloppement de micro-organismes, la bioluminescence offre lapossibilit de sassurer de la croissance normale dune fermentation. Ainsi cette technique estappliqu dans la fermentation vinicole et lutilisation dinhibiteurs dans le lait.

La recherche des bactriophages est une autre application agro-alimentaire de labioluminescence, et s'utilise dans le domaine de qualit des produits laitiers.

Dautres applications dans le domaine de lagro-alimentaire sont expliqus la suite:

Des chercheurs ont introduit le gne de la lucifrase de luciole dans des plantes detabacs. Ces plantes transgniques, arroses avec une solution contenant de la lucifrine,deviennent lumineuses dans les zones o le gne de la lucifrase est exprim, principalementdans les racines et les feuilles les plus jeunes.

Par cette mthode on peut, par exemple, mettre en vidence des promoteurs de gnesqui ne seraient actifs que dans certaines parties de la cellule. On peut ensuite associer cepromoteur un gne codant pour une toxine active contre certains parasites de manire ce quecette toxine soit produite de faon maximale dans les feuilles et les racines attaqus par lesparasites.

Un riz bioluminescent, qui met une lumire verte ple, a t obtenu par des chercheursdu Research Institute for Agricultural and Biological Resources. Lide tait de se servir dugne de la lucifrase comme marqueur de linsertion de gnes trangers dans la plante, sansavoir besoin de la dtruire. Le gne de la lucifrase a t introduits dans des protoplasmes deriz et les chercheurs japonais ont russi a rgnrer des plants de riz matures produisants unefaible clart vert-jaune et capables de transmettre cette qualit leur descendance. Cettelumire est peine visible loeil nu mais facilement dtectable par photographie. Labioluminescence nest pas galement rpartie dans la plantes mais se retrouve essentiellementdans les tissus proches de la graine, ce qui suggre des diffrences de capacit synthtiser lalucifrase selon les tissus.

5.3.2. Applications dans le domaine mdical et pharmaceutique:

La bioluminescence est galement employe dans le diagnostic mdical o il est parfoisimportant de connatre rapidement le taux de contamination de liquide physiologique. Demme le dosage de lATP peut servir de tmoin dune activit physiologique, ainsi lATPintracellulaire des spermatozodes est le tmoin direct de leur mobilit et de leur pouvoirfertilisant. Dautres applications peuvent tre envisages comme le dosage des taux sriques oule dosage dantibiotiques. Dautres applications de la bioluminescence sont largement utilissen mdecine:

Alcoolisme et cirrhoses: dtection de lanmie hmolytique dans les maladies hpatiquespar la baisse du taux dATP de globules rouges.

Antignes: dtermination de la quantit dantignes. Bactriurie: dtection des microorganismes dans lurine. Cytolyse et tirage dantisrum: utilisation de la perte dATP cellulaire comme mesure de

lactivit cytologique danti-srums. Dermatologie: utilisation dATP et dADP cellulaire comme indicateur de la vitesse de

renouvellement des cellules de la peau. Dystrophie musculaire: dtermination de lenzyme permettant le dpistage chez les

nouveaux ns.

Immunologie: quantifications des ractions immunologiques. Infarctus cardiaque: dtermination des substrats et enzymes intervenant dans le dpistage. Lpre: valuation de la sensibilit microbienne aux mdicaments. Mtabolisme: valuation de vitesse mtabolique. Mdicaments: valuation de la sensibilit microbienne aux mdicaments. Plaque dentaire: dtermination de la biomasse vivante. Viabilit: des rythrocytes, des spermatozodes et des vaccins.

Applications bactriologiques:

Lenrichissement bactrien est une mthode qui est particulirement adapte larecherche de faibles contaminations dans les produits filtrables.

Pour les prparations injectables, usage humain ou vtrinaire, le contrle de strilitest obligatoire sur tous les produits finis. Il sagit l de produits biologiques types vaccins... ilest pratiquement impossible darrter la chane de production pendant 14 jours pour viter lastrilit dun produit; do lintrt dun contrle de strilit rapide et fiable, particulirementen cours de fabrication. La mthode bioluminescence prsente donc des avantages trsintressants dans ce domaine aussi.

Il est dusage dans les laboratoires de bactriologie mdicale dobserver leshmocultures pendant 8 15 jours, aprs quoi il est recommand de vrifier que les flacons quiseront jetes ne prsentent pas de cultures bactriennes. Le problme et le mme dans le cas ducontrle de la ngativit des cultures provenant de liquide de dialyse.

Certains malades ayant une infection urinaire vont prsenter un nombre continuellementcroissant de bactries dans les urines et donc une concentration en ATP croissante sera trouvedans les chantillons urinaires. Le taux bactrien peut tre dtermin par une mesurebioluminescence de lATP.

Les mthodes bioluminescence ont t appliqu la mesure des masses cellulaires dansde petits chantillons de plaque dentaire. Celle-ci est une masse de bactries incluses dans unematrice de polysccharides et de protines. Les caries dentaires rsultent dune interaction desmicro-organismes de la plaque sur la surface de la dent avec les glucides qui fermentent. Cestpour cela quil est intressant de pouvoir identifier et quantifier les composants bactriens de laplaque dentaire.

Un autre exemple dapplication est lvaluation de la viabilit des spermatozodes.Cette dtermination est trs importante pour l'insmination artificielle, pour le contrle de laqualit des spermatozodes congels et la dtermination de la strilit ou de la fertilit.

5.3.3. Applications dans le domaine de l'environnement:

La bioluminescence a eu ses premires applications dans lestimation de la biomasseplanctonique en 1966. Cette mthode se basait sur le fait que la quantit dATP estdirectement corrle la quantit de cellules vivantes, ce qui permet destimer rapidement etaisment la biomasse du plancton. De nos jours les applications dans ce domaine sont trsdiverses:

Traitement des eaux:

La protection de lenvironnement dpend du bon fonctionnement des stationsdpuration biologiques. Celles-ci sont charges en boues, constitues dune associationcomplexe dtres vivants en perptuelle volution (biomasse) qui fonctionne en arobiose ouen anarobiose. La productivit qualitative et quantitative des stations est directement lie ltat physiologique de la biomasse. On cherche contrler lactivit de la biomassebactrienne dans la boue. Dans ce cas l la biochimie un rle trs important car elle utilise desmthodes qui permettent la floculation, cest dire la capacit de former des amas plus denseque leau. Cela permet une dcantation des boues par gravit. Le traitement biologique hautecharge massique est particulirement tudi car, grce des temps de sjour trs courts, ilpermet dimportantes conomies sur la taille des bassins daration des stations.

Humification biologique

La transformation de matires organiques en humus est un processus dont lintrtconomique croit rapidement. Lhumification biologique est un phnomne dynamique.Chaque changement physique ou chimique y est la fois la cause et la consquence dunevolution de la population microbienne. Le dosage, en fonction du temps, de la concentrationen ATP par bioluminescence sert lvaluation simple, prcise et reproductible de la biomasseactive.

Il apparat que la mesure simultane de la teneur en ATP et de dgagement de CO2serait un moyen adquat destimation de la vie globale dun sol. La teneur en ATP renseignesur lampleur de la biomasse, le dgagement de CO2 sur l'activit catabolique globale.Lapplication de cette mthode pour nous aider caractriser ltat biologique du sol. Denombreux progrs sont encore faire dans ce domaine.

Il existe dautres applications dans le domaine de lenvironnement que nous dtaillonsmaintenant:

Lintroduction chez Pseudomonas fluorescens, au niveau dun gne codant un enzymeimplique dans la dgradation du naphtalne des gnes lux codant pour la lucifrase de Vibriofischeri, a montr que la dgradation du naphtalne concidait avec une mission lumineuse. Lefacteur limitant tant la quantit doxygne disponible pour la raction de bioluminescence.

Cette technique permet galement de suivre des micro-organismes transformsgntiquement. La persistance dune souche JS 414 de Xanthomonas campestris a t suiviedans l'environnement grce cette technique.

Le dveloppement de techniques dimmobilisation cellulaires appropries, couples lutilisation de fibres optiques mesurant lintensit de la lumire mise par les bactries aucours de la dgradation du naphtalne devrait conduire des biocapteurs pouvant la foisdtecter la prsence du polluant et suivre en continue sa d gradation. Les applicationsenvisages concernent par exemple le contrle de dchets et la dtection des agents chimiques.Un capteur enzymatique bioluminescent a t rcemment dvelopp lUniversit de Tokyopour la dtection des micropolluants rsiduels dans le sol. Sa tte chercheuse est constituede cellules dE.coli immobilises et recombines avec le gne de la lucifrase.

Lutilisation des ractions de luminescence nen est qu son dbut mais les possibilitsde faire synthtiser diffrentes protines luminescentes dans des cellules ouvrent de nouvellesperspectives pour la biologie cellulaire. Les lucifrases ou les photoprotines synthtises insitu peuvent jouer le rle de sondes intracellulaires pour rvler diffrentes activits (flux

cyclique, production de radicaux libres, synthse de protines, activation de gnes). Uneinstrumentation capable de mesurer une mission de lumire partir dune seule cellule devraitpermettre dtudier les facteurs modulant ces activits en particulier les facteurs qui permettentles communications intercellulaires

Nous avons expos dans ce rapport les principales bases de la luminescence dans desdomaines aussi diffrents que le monde vivant, la chimie ou la physique. Les applications deces connaissances se trouvent dans de nombreux autres domaines comme l'environnement, lamdecine...

Des premires explications de ce phnomne du dbut du sicle jusqu' latriboluminescence (luminescence par excitation mcanique) dont nous n'avons pas parle carses frontires ne sont pas encore unanimement dfinies, les scientifiques ont dj exploit unepartie importante de ce phnomne. Il reste tout de mme des zones d'ombres comme parexemple l'origine des substances luminescentes pour certains tres vivants.

"Bio-chimi-luminescence: Principes et applications"coordonn par D. CHAMPIAT et J.P LARPENT.

"Luminescence"G.Monod-Herzen

"Thermoluminescence of solids"S.W.S McKeever

"Analysis of Thermally Stimulated Processes"R.Chen et Y. Kirsh

"Thermoluminescence dosimetry materials : properties and uses"M.Moscovitch, S.W.S McKeever et P.D. Townsend

"Thermoluminescence and Thermoluminescent Dosimetry"Yigal S.Horowitz

6. Conclusion

7. Bibliographie