Spectrométrie

Performance de la méthode

Niveau de précision de la méthode

En 2010, Paul Scheeline de l'université de l'Illinois a proposé une première utilisation de l'appareil photo du téléphone portable comme capteur de spectrographe avec un kit à quelques dollars. Son projet très bien documenté est surtout mis en avant pour ses propriétés pédagogiques plutôt que la fidélité des mesures. Néanmoins le code source et la version java en ligne du programme le rendent très utile. Depuis une foule de projets plus ou moins ouverts se sont engouffrés dans cette voie. On peut notamment citer Spectral, une entreprise slovaque, qui propose un spectrographe à bas coût construit autour d'un Arduino (399€ HT), dont le logiciel basé sur Processing est libre. Les sources du matériel ne sont malheureusement pas libres et requiert l'achat d'une prestation de calibrage.

Un rapide tour d'horizon fait apparaître que la solution du kit (source de lumière) fente longitudinale/lentille plan convexe (ou pas)/lentille de réseau de diffraction dans un tube opaque est quasi universellement adaptée. Un écueil subsiste, celui de la qualité très variable des APN équipant les téléphones, notamment du logiciel assurant automatiquement exposition & balance de blancs. Du coup, il apparaît que les résultats obtenus avec un téléphone, aussi intelligent soit-il, ne seront pas comparables avec ceux obtenus avec le même dispositif équipant un autre appareil, ou encore le même appareil avec un logiciel de prise de vue différent. comme précisé sur le site de Public Lab, le manque d'étalonnage des dispositifs ne permet pas de comparer automatiquement les pics observés aux bases de données comme celle du NIST.

Un utilisateur souhaitant utiliser son appareil avec précision devra donc construire sa propre banque de données à partir de laquelle il pourra ensuite mener ses analyses.

Accessibilité des consommables et des équipements

Nous envisageons donc deux pistes pour les kits. La première, qui donne plutôt un résultat indicateur, portable, très peu chère et basse-technologique, consiste à équiper un téléphone intelligent d'un dispositif optique. Nous avons identifié le projet de spectromètre pliable de Public lab, comme version ultra low-cost à base de carton, et la version un peu moins low-cost à base d'impression 3D et de pièces commandées en ligne de Jandrotek.

La seconde consiste à construire un appareil de laboratoire (ou de bureau) destinée à équiper un ordinateur, appareil calibrable afin d'obtenir des résultats plus précis et surtout reproductibles. La proposition consiste à identifier des webcams haute résolution dont on peut débrayer le mode d'exposition automatique, voire un système à base d'appareil reflex piloté par ordinateur (cf librairie gphoto2 à exposition entièrement manuelle. Il reste à identifier un logiciel libre permettant de récupérer ces images et les confronter à la base de données du NIST.

Coût

spectrograph mini: 50€ pour le premier, <30€ pour les 49 suivants

• une lentille PC Thorlabs : 17,50€ + port
• une diapositive à réseau de diffraction : 26 $ les 50 + douanes + port
• une impression 3D : quelques euros de plus...
• un smartphone Android avec APN :)

Public lab starter kit

• une feuille A4 de carton/ papier rigide 160g/m2
• une diapositive à réseau de diffraction : 26 $ les 50 + douanes + port
• accès à une découpe laser ou une découpe vynile
• un smartphone Android avec APN :)

Public lab desktop spectrograph > 150€

• une LED 3W au spectre proche de celui de la lumière naturelle
• une alimentation CC variable pour les tests
• une lentille PC
• une diapositive de réseau de diffraction rainbow
• de quoi fabriquer une boite noire
• de quoi poser un APN Reflex sur un pied coulissant (vis imperial au pas spécifique phot/cinéma)
• un APN de type Reflex pilotable par la librairie Gphotolib2 etun cable USB
• un arduino et un câble USB pour piloter la LED

Niveau de compétences nécessaire

• savoir faire des achats sur Internet (carte bleue ou Paypal)
• savoir utiliser une des machines à commande numérique du fablab
• être un peu adroit de ses 4 ou plus doigts

Temps nécessaire

Concernant la version low-cost à base de smartphone, une fois les composants livrés, l'impression 3D/découpe laser et l'assemblage ne devraient pas prendre plus d'une demi-journée. Nous ne savons pas encore combien de temps l'étalonnage peut prendre ni si tous les smartphones sont compatibles.

La version de bureau devrait sans doute demander quelques jours de travail ainsi que des développements logiciels et une procédure d'étalonnage. La précision est à ce prix, mais il s'agit a priori d'un équipement collectif.

Manuel de la méthode

Matériel nécessaire

Consommables

• Lister ici tous les matériaux consommés pour le test, ainsi que leurs quantités, et où on peut les trouver.

Equipement

• Lister ici tous les outils nécessaires au test, ainsi que leurs quantités.

Protocole

• Décrire ici point par point les étapes à effectuer pour faire le test.