Généralités sur la spectroscopie du plasma induit par laser

Pendant des siècles, l’Homme s’est toujours soigné par les plantes, de manière empirique, guidé par la tradition ou les coutumes. Les vertus thérapeutiques des plantes ont été expérimentées depuis lors et leurs précieuses caractéristiques se sont transmises oralement de génération en génération ou consignés dans les vieux écrits. Les remèdes de bonne réputation ont prévalu malgré le développement de la médecine moderne qui est venue marginaliser le recours aux techniques médicinales naturelles. Actuellement, les plantes médicinales possèdent un atout considérable grâce à la découverte progressive de leurs applications dans les soins de santé ainsi que leurs utilisations dans d’autres domaines d’intérêt économique. Leurs nombreux usages font qu’elles connaissent une demande de plus en plus forte sur les marchés mondiaux. La popularité dont ils jouissent depuis longtemps reste liée à leurs propriétés médicinales en l’occurrence les propriétés anti-inflammatoires, antiseptiques, antiparasitaires, stimulantes, antispasmodique, etc. Leur utilisation devrait être basée sur les connaissances fiables et suffisantes apportées par la recherche scientifique bien menée. Il est donc indispensable de connaître les principes actifs des plantes afin d’en étudier l’efficacité, le mode d’action et évidemment les effets secondaires. Connaître une plante ayant des vertus médicinales suppose pouvoir d’écrire sa morphologie et son anatomie, connaître son origine et son mode d’action, analyser sa composition chimique et les facteurs qui peuvent la faire varier, connaître la structure et les propriétés des principes actifs aussi bien que leur activité pharmacologique. La maitrise de tous ces paramètres ne peut se faire qu’avec un concours de plusieurs disciplines, chacune apportant une contribution suivant sa spécialité. Ainsi, pour les plantes étudiées notre préoccupation majeure était d’abord de connaître la composition chimique avant d’envisager qu’elle pourrait être leurs propriétés pharmacologiques et d’autres utilisations possibles. Pour cela nous avons utilisé la spectroscopie du plasma induit par laser nommé LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy). Est un outil d’analyse spectrochimique multi-élémentaire et est utilisée dans de nombreuses applications. Dans la technique LIBS, un faisceau laser intense focalisé à la surface d’un échantillon permet de créer le plasma. L’émission du plasma est alors analysée à l’aide d’un spectromètre optique. Cette technique extrêmement intéressante du point de vue analytique a d’ailleurs connue un important essor au cours de la dernière décennie dans le domaine métallurgique (contrôle in situ des bains de métaux en fusion, contrôle qualité des tôles d’acier), de l’analyse environnementale ( air ou eau contaminée, contrôle des rejets industriels ou des gaz d’échappement), en industrie pharmaceutique ( détection d’agents actifs dans des médicaments), en archéologique (analyse de la qualité de la restauration d’objet), en biologie ( analyse des tissus humains), en exploration spatiale ( analyse du sol martien). Grâce à l’échantillonnage par laser, elle permet de diminuer le temps de préparation des échantillons, et d’analyser de faible quantité de matière avec une excellente résolution spatiale. Malgré ses caractéristiques attrayantes, la technique souffre de performance analytique relativement faible en comparaison avec des techniques analytiques plus conventionnelles.

Bref historique

Les premières expérimentations d’analyse d’échantillons (solides ou liquides) remontent en 1960.Mais le procédé n’était pas développé car le matériel disponible à l’époque ne permettant pas de concurrencer les autres méthodes existant. En 1980, la LIBS a été utilisé aux USA pour analyser le Chlore présent dans l’air Cremers et al [1].Ce qui provoqua un regain d’intérêt en vue d’applications de la LIBS dans divers domaines. Ainsi 1988 un prototype porta-LIBS a été conçu pour détecter des particules de Béryllium dans l’air Radziemski et al [2].Dans les années 2000, les industriels et les ministères de la défense (notamment américaines) voient dans la LIBS un nouveau moyen d’identification sur place et immédiatement des gaz chimiques, des matières explosives et même des espèces biologique telles que les bactéries et virus Munson et al [3].Ainsi entre 1960 et 2000 les premières applications de la LIBS étaient orientées vers les intérêts d’ordre environnemental. Ce qui fait de la LIBS un outil très efficace d’analyse pour la détection des polluants dans l’air et dans les sols. Par la suite la LIBS a été appliquée dans d’autres domaines tels que la métallurgie où la LIBS est incorporée dans la chaine de production industrielle pour contrôler en temps réel le contenu de certains métaux d’acier liquide Grube et al [4] ou d’aluminium Noll et al [5]. Comme un effet de boom, les applications de la LIBS s’élargissent dans les domaines de l’industrie nucléaire Whitehouse et al [6], de l’industrie pharmaceutique (pour la détection du stéarate de magnésium Green et al [7] ou d’autre produit St-onge et al [8], de l’analyse des sols contaminés par des métaux Sirven et al [9] ainsi dans le domaine de la gestion et du recyclage des déchets, dans le cadre du tri sélectif notamment [10].Présentement la technologie LIBS est largement utilisée dans plusieurs laboratoires du monde et apparait comme la méthode efficiente et aboutissant incontournable pour l’analyse quantitative en temps réel de la composition chimique d’un matériau donné et pour la détermination de sa concentration. Toutefois, la technique LIBS n’est pas encore arrivée à maturité puisque la limite de détection (LD) reste inférieure à celle des méthodes d’analyse plus conventionnelles.