Projet ANR-14-CE04-0009 – M3GA : Module mobile de mesure de gaz azotés pour la qualité de l’air urbain, l’élevage, et l’agriculture
Programme : Innovations (DS0801) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Salim BOUTAMI (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives)
Partenaires : PME; Divers privé; Laboratoire public; Entreprise autre que TPE ou PME; Laboratoire public; Laboratoire public; Divers privé; PME
Montant : 387680.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : L'objectif de projet M3GA est le développement d'un nouvel outil miniaturisé pour mesurer les concentrations des traces d'oxyde nitreux (N2O ) et l'ammoniac (NH3 ) dans l'air à être utilisé pour surveiller et gérer la ventilation dans les bâtiments d'élevage ou pour surveiller les émissions provenant de l'agriculture. Le contrôle des émissions de N2O et de NH3 provenant de l'agriculture sera un défi majeur pour les années à venir: en France l'agriculture et l’élevage sont responsable de 90 % des émissions de N2O et de NH3. Si le monitoring des gaz nitreux est de plus en plus important pour l'agriculture, la détection de ces espèces en traces peut répondre aux exigences de plusieurs autres domaines d'application comme le contrôle de la qualité de l'air intérieur et extérieur à la surveillance des émissions industrielles.
L'unité de mesure nécessite la mise au point d'un détecteur multi- gaz pour détecter des concentrations allant de 0.1 à 3 ppmv pour le N2O et 1 ppbv à 35 ppmv de NH3. Les solutions existantes (capteurs électrochimique ou semi-conducteurs) peuvent satisfaire aux critères de compacité et portabilité, mais ils ont l'inconvénient d'être sensible à d'autres polluants tels agents oxydants (ozone, le monoxyde d'azote, ... ) et donc être peu sélective en particulier pour le N2O.
Pour répondre aux critères de sélectivité et sensibilité demandées, la technologie choisie est la spectroscopie laser a base QCL (Quantum Cascade Lasers) source laser émettant dans la bande spectrale de l'infrarouge moyen (soit 4 à 10 µm). La mesure de N2O nécessite le développement d'une source QCL dans les bandes spectrales [4.5 - 4.6 µm] ou de [7.5 – 8 µm] alors que la mesure du NH3 nécessite de développer une source QCL dans la bande spectrale [9 - 10 µm]. Aujourd'hui plusieurs outils commerciaux basés sur la détection optique sont disponibles pour détecter ces espèces chimiques, mais, lorsque ces systèmes répondent sont suffisamment performants, leurs coûts sont prohibitifs et l’encombrement telles que le déploiement sur le terrain est difficulteux.
Le projet M3GA vise la réduction des coûts e de l’encombrement via la miniaturisation des composants clés, tels que le système optique permettant de combiner les faisceaux lasers ou la chambre de détection, directement sur un substrat planaire en utilisant les technologies MEMS/IC. Si d’une part l'utilisation de ces technologies permettra la miniaturisation et la réduction des coûts, cette technique de fabrication conférer également robustesse pendant la durée de vie du produit.
Ces dispositifs miniaturisés seront assemblés avec une électronique adaptée et des interconnexions fluidiques, dans un système munis d’un driver hardware et software pour gérer l'ensemble de la mesure. Ce système est conçu et réalisé pour être compact et portable, mais également il est équipé d'une unité de stockage données et de la communication autonome. Ces caractéristiques de portabilité sont nécessaires pour la cartographie de la qualité de l'air sur de grandes surfaces - par exemple champs cultivés - ou le déploiement sur site – bâtiments d’élevage.
Pour optimiser les paramètres opérationnels  et évaluer les performances du système, une première série de tests reproduisant des conditions réels d’utilisation sera effectuée en laboratoire.
Le fonctionnement du système de détection sera enfin évaluée dans deux scénarios d'application différents: fonctionnement extérieur (champs cultivés ou élevage volailles en plein air) et fonctionnement intérieure (élevage volailles  en bâtiment). Durant cette phase de validation les performances de ce prototype seront comparées à ceux des méthodes de mesure classiques pour les deux types d'environnements.