Projet ANR-15-CE39-0007 – OPTIGAS : Capteur tout optique infrarouge pour gaz dangereux
Programme : Protection des infrastructures d’importance vitale et des réseaux (DS0902) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Alain Braud (Centre de Recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Divers public
Montant : 423280.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 36 mois
Résumé : La détection de gaz toxiques est de première importance pour la sécurité de sites sensibles et de lieux publics. La détection de ces gaz peut se faire optiquement de façon efficace en utilisant leurs bandes d’absorption dans l’infrarouge (IR) moyen (3-5µm) comme par exemple à 3,4µm (modes vibrationnelles de liaisons CH), et de façon encore plus sélective, dans l’IR plus lointain (8-12µm), où l’on peut détecter par exemple le gaz sarin à 9,8µm. Le projet OPTIGAS a pour but de développer un capteur tout-optique fibré dans la fenêtre spectral  8-12µm. Le principe de ce capteur est très versatile et peut être adapté à différentes sortes de gaz ayant des signatures spectroscopiques dans les fenêtres de transparence atmosphérique (bandes II et III). L’originalité de notre démarche est de développer une méthode tout-optique en bande III permettant une analyse in situ (à distance), en temps réel, et directe pour une surveillance en continu dans une gamme étendue de concentrations comprises entre 1 ppm et 100 %. Cette gamme de détection sera possible notamment à l’aide d’une cellule de détection de longueur variable s’adaptant à la gamme de concentration visée, mais également en exploitant la variété de longueurs d’ondes que peuvent fournir les émissions des ions de terres rares pour une mesure différentielle. Par ailleurs, nous souhaitons démontrer avec ce projet la conversion en fréquence du moyen-IR (MIR) vers le proche- IR ou visible permettant de dissocier physiquement le détecteur et l’électronique de la tête optique positionnée dans la zone sensible à analyser. Ce capteur tout optique permettra ainsi une analyse déportée sans quasiment rencontrer de limitation de distance entre la zone de détection et la zone d’analyse des données. Le principe de ce capteur tout-optique, qui possède à la fois une grande sensibilité et une large gamme de détection, sera tout d’abord validé en bande II avant d’être transposé en bande III, pour la détection en particulier de gaz toxiques à distance. Pour ce faire, différents types de matériaux IR actifs seront synthétisés au sein du consortium. Des fibres de sulfures et séléniures dopées avec différents ions terres-rares seront fabriquées dans un premier temps pour une détection en bande II. Plus important encore, le développement ambitieux de matériaux actifs pour la bande III constituera une étape cruciale de ce projet. Ainsi, des fibres à base de verres de tellurures dopés avec des terres rares seront fabriquées ainsi que des cristaux de chlorures et bromure s dopés terres rares. Ces matériaux seront utilisés respectivement en tant qu’émetteur IR et en tant que convertisseur de fréquence pour convertir un rayonnement moyen-IR en un rayonnement proche IR ou visible. L’originalité du capteur proposé tient donc au procédé de conversion du signal IR en un signal visible ou proche IR qui permet de déporter le signal utile via des fibres en silice et d’obtenir ainsi un capteur «tout optique» en bande III déporté, insensible aux perturbations électromagnétiques et utilisable pour des mesures à distance sur des sites jugés dangereux ou inaccessibles pour l’homme.