Recherche de vapeurs de marqueurs d’explosifs par taxonomie spectrale dans le domaine des ondes millimétriques – METIS

Dans une conjoncture où les menaces terroristes n’ont cessé de croître, les chercheurs ont œuvré à développer plusieurs voies innovantes de capteurs où la recherche combinée de la sensibilité et de la sélectivité a été privilégiée. En ce qui concerne la détection d'explosifs, une difficulté porte sur la grande diversité des composés disponibles qu’ils soient d’origine industrielle ou artisanale. L’objectif du projet METIS est de proposer une approche alternative et inédite capable de détecter et de discriminer la présence d’explosifs ou de marqueurs spécifiques. Il s’agit de sonder la pression de vapeur saturante d’un ensemble d'espèces moléculaires cibles représentatives de la présence d’explosifs dans la bande spectrale millimétrique qui offre l’accès à une excellente résolution (caractère discriminant) en ciblant leurs spectres rotationnels. Pour atteindre cet objectif nous utiliserons un développement technique récent du Laboratoire de Physico-Chimie de l'Atmosphère (LPCA) qui a fait l’objet d’un dépôt de brevet à fort potentiel de transfert technologique. De par les cibles des terroristes (civils ou militaires), METIS est par nature un projet DUAL qui fait suite aux résultats très encourageants obtenus en 2018 par les laboratoires LPCA de Dunkerque et Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM) de Lille qui ont réussi pour la première fois à enregistrer, résoudre et analyser à température ambiante les spectres rotationnels haute-résolution ds marqueurs mononitrotoluene (NT) en conjuguant: des expériences préliminaires dans le domaine micro-onde à basse température pour déterminer la position des états rotationnels de plus basse énergie ; des mesures à température ambiante utilisant une source compacte et performante de type chaîne de multiplication de fréquences et l’emploi d’outils de modélisation permettant de prédire et d’analyser les spectres (calculs de chimie quantique, Hamiltoniens spécifiques...). Pour aller plus loin dans ce type d'étude et répondre aux enjeux économiques, sociétaux et défense, le projet METIS vise à initier un système de détection capable de détecter, discriminer et quantifier les vapeurs de marqueurs d’explosifs à l’état de traces dans un mélange complexe. Il s'agit alors de: mesurer et analyser les spectres millimétriques d’une plus grande variété de marqueurs incluant des espèces plus lourdes et moins volatiles (DNT, DMNB,...) ; gagner plusieurs ordres de grandeur en terme de sensibilité en augmentant l’intensité des signaux d’absorption rotationnels ; proposer des méthodes de mesures et d'analyses automatisées de spectres denses superposant les signatures spectrales de différentes espèces ciblées et enfin, réaliser une démonstration de détection de marqueurs sur un échantillon réaliste dans un environnement habilité à la manipulation d’explosifs. Ce projet de recherche rassemble trois partenaires aux compétences et expertises complémentaires associé à un membre observateur : le LPCA, spécialisé dans le développements d'outils expérimentaux et théoriques pour la métrologie de traces de gaz dans le domaine THz, le laboratoire PhLAM, expert en modélisation et spectroscopie d'édifices moléculaires complexes en phase gazeuse, le laboratoire de pyrotechnie de l'Institut Saint Louis (ISL) spécialisé dans la manipulation d'explosifs et de marqueurs associés et la SATT-Nord avec un rôle d'observateur sur d'éventuelles possibilités de transferts de technologies ou de maturation. Ce consortium propose un projet de 36 mois où il s'agira d'une part d'utiliser la spectroscopie rotationnelle et les calculs de chimie quantique pour constituer une base de données inédite de signatures rotationnelles millimétriques haute-résolution des principaux marqueurs d'explosifs et d'autre part, de créer un instrument ultra-sensible et automatisé accompagné d'un programme de taxonomie spectrale dont l'efficacité sera démontrée en zone habilitée sur un mélange pré-établi au près d'experts en matériaux énergétiques.