Une équipe de l'Université du Colorado à Boulder, Caltech, UC Santa Barbara et trois sociétés, financées par l'IARPA, développent un dispositif laser appelé SAURON pour identifier rapidement les aérosols dangereux tels que des produits chimiques ou des explosifs dans l'air, à l'aide de la technologie laser à peigne de fréquence. pour une détection rapide et précise en cas de catastrophe. Ce projet vise à déployer ces dispositifs dans divers endroits pour se protéger contre les menaces aériennes, avec des progrès en matière de sensibilité et de compacité du laser grâce à la technologie photonique intégrée. Crédit : Issues.fr.com
Imaginez ce scénario catastrophe en devenir : dans une usine industrielle, un tuyau se fissure, projetant un nuage de minuscules gouttelettes dans l’air. Mais les travailleurs ont de la chance. En quelques minutes, un appareil laser de la taille d'une petite valise repère le nuage et indique aux équipes de sécurité ce qu'il contient afin qu'elles sachent comment réagir.
C'est la vision derrière un nouveau projet d'une équipe d'ingénieurs et de chimistes de l'Université du Colorado à Boulder, du California Institute of Technology, de l'Université de Californie à Santa Barbara et de trois entreprises. Il est financé par un nouveau contrat de l'Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA), qui dépend du Bureau fédéral du directeur du renseignement national.
L'effort emprunte son nom, le réseau optique à distance de mesure des aérosols Standoff (SAURON), au méchant de la série de livres « Le Seigneur des Anneaux », une présence qui prend souvent la forme d'un œil enflammé et dont « le regard perce les nuages, les ombres ». , Terre. »
« C'est l'idée ici : un œil qui voit tout, capable de détecter des aérosols dangereux dans un contexte très chargé d'autres substances », a déclaré Greg Rieker, professeur au département de génie mécanique Paul M. Rady et chercheur principal du projet.
SAURON, a-t-il expliqué, se concentrera sur les aérosols, terme désignant un large éventail de minuscules particules qui flottent dans l'air. Certains aérosols peuvent contenir des produits chimiques qui présentent de graves risques pour l'homme, comme les hydrocarbures aromatiques polycycliques. Le nitrate d'ammonium, un ingrédient courant dans les explosifs, forme également des aérosols. Alors peut-on fentanylun médicament opioïde qui peut être mortel même en petites quantités.
Pour détecter de tels dangers, l’équipe se tourne vers une technologie lauréate du prix Nobel appelée laser à peigne de fréquence. Les chercheurs espèrent que leurs appareils pourraient, dans un avenir pas si lointain, contribuer à protéger les personnes contre toute une série de menaces aériennes, notamment les accidents industriels et même d’éventuelles attaques chimiques dans les villes surpeuplées.
« Les lasers fonctionneront avec des piles, vous pourrez donc les déployer dans un aéroport, dans des pâtés de maisons ou sur des sites industriels où ils utilisent des matières dangereuses », a déclaré Scott Diddams, professeur au Département de génie électrique, informatique et énergétique. « Dès le départ, les gens sauraient s’il y avait une panne ou une fuite. »
Les co-chercheurs principaux de CU Boulder sur le projet comprennent Diddams, Daven Henze, professeur de génie mécanique, et Jose Jimenez, professeur de chimie et membre de l'Institut coopératif de recherche en sciences de l'environnement (CIRES).
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La détection des aérosols dangereux est, à bien des égards, la tâche ultime « une aiguille dans une botte de foin ». L’air que les gens respirent est bien plus compliqué qu’il n’y paraît.
« À tout moment dans l'atmosphère, du méthane et du dioxyde de carbone sont présents, ainsi que d'autres exemples de ce que nous appelons des composés organiques volatils », a déclaré Rieker. « Il y a beaucoup de désordre. »
L’équipe pense que les lasers à peigne de fréquence pourraient aider à trier ce fouillis.
Diddams faisait partie des membres d'une équipe du JILA, un institut de recherche commun entre CU Boulder et le National Institute of Standards and Technology (JILA), qui a été le pionnier de ces outils. Le groupe, dirigé par le lauréat du prix Nobel Jan Hall, a utilisé des lasers à peigne de fréquence pour des recherches en métrologie quantique et en horloges optiques. Contrairement aux lasers traditionnels, les lasers à peigne de fréquence émettent un faisceau de lumière avec des millions de couleurs, le tout en même temps.
Si vous diffusez une telle lumière à travers un environnement, ces lasers peuvent agir comme un scanner d'empreintes digitales pour les aérosols, détectant les signaux de concentrations même infimes de particules ou de gaz dans l'air. L'équipe du projet comprend LongPath Technologies, qui utilise ces outils pour rechercher des fuites de méthane dans les installations pétrolières et gazières. Rieker a cofondé LongPath en 2017.
Pendant trois ans et demi, les chercheurs de SAURON vont travailler pour rendre leurs lasers encore plus sensibles et beaucoup plus compacts. Pour ce faire, le groupe intègre une nouvelle technologie de « photonique intégrée » lancée par Kerry Vahala de Caltech, John Bowers de l'UC Santa Barbara et les sociétés Nexus Photonics et hQphotonics. L'équipe concevra ses appareils sur de petites puces qui transmettent des informations non pas à l'aide de signaux électroniques mais de faisceaux lumineux. Le travail fait partie de l’Initiative d’ingénierie quantique à CU Boulder.
« Ils sont comme des puces informatiques en silicium traditionnelles, mais avec de la lumière générée, se déplaçant et interagissant de manière à la rendre utile pour la détection », a déclaré Diddams.
SAURON est un exemple de chercheurs de CU Boulder qui exploitent les progrès de la science fondamentale et les transforment en technologies tangibles qui pourraient un jour protéger les personnes.
« Nous prenons des technologies qui ont été développées pour la science quantique et les traduisons pour un large éventail d'applications », a déclaré Rieker.
