Brevet FR2644892A1 — publié le 19900928

La présente invention concerne de façon générale un appareil de détection de gaz à radar à laser fonctionnant par absorption différentielle et plus précisément, elle concerne un appareil de détection de gaz destiné à la mesure de la concentration d'un gaz par utilisation de l'absorption de la lumière, de manière qu'une fuite de gaz de ville, de gaz d'une installation chimique ou analogue puisse être détectée. Un gaz, tel que le méthane, a une bande d'absorption de lumière & une longueur d'onde particulière à cause de la rotation des molécules ou des vibrations des atomes constituants. La détection du gaz méthane est décrite dans la suite à titre illustratif. Le méthane a des bandes d'absorption à des longueurs d'onde de 1,33 pm, 1,67 pm et 3,39 pm. Divers types d'appareils de détection de gaz met- tant en oeuvre un procédé à radar laser fonctionnant par absorption différentielle ont été proposés pour l'utilisa- tion de ces bandes d'absorption. Par exemple, K. Uehara, dans l'article "Alternate Intensity Modulation of a Dual-Wavelength He-Ne Laser for Differential Absorption Measurements", Appl. Phys. B 38, pages 37 à 40 (1985), indique qu'"un procédé simple est indiqué pour la modulation interne de l'intensité des émis- sions à 3,391 et 3,392 pm du laser He-Ne avec des ampli- tudes égales et déphasées de 180 l'une par rapport à l'autre. Une amplitude de modulation de 0,7 mW entre crêtes à 1 kHz pour les émissions individuelles a été obtenue avec un tube à plasma de laser de 50 cm de longueur, avec une modulation d'intensité totale aussi faible que 0,25 pW pour une durée moyenne du signal d'une seconde. Cette source lumineuse peut simplifier beaucoup le réglage et peut amé- liorer la sensibilité des mesures d'absorption différen- tielle pour la détection à distance du méthane". D'autres documents connus sont les demandes publiées et non examinées de brevet Japonais n 61-222 289 et 62- 98 235. Dans les techniques des appareils de détection de un gaz décrites dans ces documents, un laser infrarouge He- Ne destiné à transmettre un faisceau laser à une longueur d'onde de 3, 3922 pm et qui est absorbé par le méthane, et un faisceau laser ayant une longueur d'onde de 3,3912 pm et qui n'est presque pas absorbé par le méthane, est utilisé comme source lumineuse, les faisceaux laser ayant les deux longueurs d'onde précitées étant émis en alternance dans l'air avec des puissances égales et la lumière directe ou réfléchie des faisceaux rayonnés étant reçue. Si le méthane est présent dans l'air, il apparait une différence entre les niveaux des signaux lumineux reçus aux deux longueurs d'onde 3,3922 pm et 3,3912 pm. Ainsi, dans les techniques décrites dans ces documents, la présence de méthane dans l'air (trajet optique) ou sa concentration sont détectées par mesure de la différence. Dans les techniques mises en oeuvre dans un appareil de détection de gaz de la demande publiée et non examinée de brevet japonais n 62-290 190, un laser à semi- conducteur ayant une longueur d'onde d'oscillation proche de 1,33 pm est utilisé comme source lumineuse et est modulé par deux valeurs différentes de courant, ayant une valeur prédéterminée de courant comme valeur centrale, pour l'os- cillation à deux longueurs d'onde proches de 1,33 pm, si bien que le méthane est détecté comme décrit précédemment. Dans l'appareil à laser comprenant un laser infra- rouge He-Ne cependant, on doit utiliser un grand nombre d'éléments tels qu'une cellule d'absorption par un gaz et un miroir. En consequence, la réalisation de l'appareil est compliquée, et l'appareil résiste mal aux vibrations méca- niques. En outre, comme on doit utiliser un ensemble de pilotage encombrant, l'appareil devient important et coûteux. Dans l'appareil à laser à deux longueurs d'onde ayant un laser a semi-conducteur, lorsqu'un courant de pilotage du laser est modifié afin que la longueur d'onde varie, la valeur de sortie du faisceau laser varie simulta- nément. En conséquence, l'appareil ne peut pas être utilisé directement comme source lumineuse pour le procédé à radar laser à absorption différentielle. Pour cette raison, pour que les valeurs de sortie des composantes aux deux lon- gueurs d'onde soient pratiquement égales, il faut utiliser un dispositif compliqué de réglage comprenant une cellule à absorption par un gaz, un miroir et un photocapteur. En conséquence, compte tenu de la dégradation au cours du temps et des autres phénomènes, il est difficile de fabri- quer un appareil de détection de gaz ayant une précision et une fiabilité élevées. La présente invention a donc pour objet la réalisa- tion d'un nouvel appareil perfectionné de détection de gaz à radar laser fonctionnant par absorption différentielle, ayant une source laser à semiconducteur monomode et à longueur d'onde accordable qui résiste bien aux vibrations mécaniques et qui peut donner une grande précision avec une disposition simple et peu encombrante. Dans un premier aspect, l'invention concerne un appareil de détection de gaz qui comprend: une source lumineuse ayant un laser monomode à semi- conducteur à longueur d'onde accordable, ce laser transmet- tant un faisceau laser monomode ayant une longueur d'onde accordée par un courant de pilotage et émettant, vers un objet qui doit étre détecté, au moins un premier faisceau laser ayant une première longueur d'onde qui est absorbée par un gaz à détecter et un second faisceau laser ayant une seconde longueur d'onde qui n'est pas absorbée par le gaz à détecter, un dispositif de commande de commutation du courant de pilotage ayant une valeur prédéterminée correspondant à la première ou à la seconde longueur d'onde, pendant une période prédéterminée, et de transmission du courant de pilotage au laser monomode à semi-conducteur, le dispositif de commande réglant les courants de pilotage ayant la valeur prédéterminée correspondant à la première ou à la seconde longueur d'onde afin que le premier et le second faisceau laser soient transmis en alternance par le laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable pratiquement avec la même puissance pendant la transmission de la première et de la seconde longueur d'onde, un dispositif photorécepteur destiné à recevoir une première et une seconde composante lumineuse créées lorsque le premier et le second faisceau laser émis en alternance par le laser monomode parviennent sur l'objet à détecter et transmettant des signaux électriques correspondant aux quantités de lumière reçues de la première et de la seconde composante lumineuse, et un dispositif de traitement de signaux destiné à recevoir les signaux électriques du dispositif photorécep- teur et à traiter la détection de la présence ou de l'absence du gaz en fonction de la différence entre les quantités de lumière reçue pour la première et la seconde composante lumineuse. Dans un autre aspect, l'invention concerne un appa- reil de détection de gaz qui comprend: une source lumineuse ayant un laser monomode à semi- conducteur à longueur d'onde accordable, ce laser transmet- tant un faisceau monomode laser ayant une longueur d'onde accordée d'après le courant de pilotage et émettant, pour l'objet à détecter, au moins un premier faisceau laser ayant une première longueur d'onde qui est absorbée par un gaz à détecter ou un second faisceau laser ayant une seconde longueur d'onde qui n'est pas absorbée par le gaz à détecter, un premier dispositif de commande destiné à commuter le courant de pilotage ayant une valeur prédéterminée cor- respondant à la première ou à la seconde longueur d'onde pendant une période prédéterminée, et à transmettre le courant de pilotage au laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable, le premier dispositif de commande réglant le courant de pilotage ayant la valeur prédéterminée correspondant à la première ou à la seconde longueur d'onde afin que le premier et le second faisceau laser soient transmis en alternance par le laser monomode à semi-conducteur pratiquement avec une même puissance, lors de la transmission de la première et de la seconde longueur d'onde, un premier dispositif photorécepteur destiné à rece- voir la première et la seconde composante lumineuse créées lorsque le premier et le second faisceau laser émis en alternance par le laser monomode à semi-conducteur parvien- nent sur l'objet à détecter, et à transmettre des signaux électriques correspondant aux quantités reçues de lumière de la première et de la seconde composante lumineuse, un dispositif de traitement de signaux destiné à recevoir les signaux électriques du premier dispositif photorécepteur et à traiter la détection de présence ou d'absence du gaz en fonction de la différence entre les quantités de lumière reçue de la première et de la seconde composante, un second dispositif photorécepteur destiné à rece- voir le premier et le second faisceau.laser émis par le laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accor- dable et à transmettre des signaux de détection correspon- dant aux longueurs d'onde et aux puissances reçues du pre- mier et du second faisceau laser, et un second dispositif de commande destiné à renvoyer un signal de correction des courants de pilotage ayant les valeurs prédéterminées au premier dispositif de commande en fonction du signal de détection provenant du second dispo- sitif photodétecteur. Dans l'appareil de détection de gaz du premier aspect, ayant la disposition indiquée, les longueurs d'onde et puissances des faisceaux laser émis en alternance par le laser à semi-conducteur utilisé comme source lumineuse peuvent être réglées indépendamment. En conséquence, la circulation de courants convenables de pilotage du laser correspondant à deux longueurs d'onde permet l'obtention de composantes aux deux longueurs d'onde qui sont facilement rendues égales, et la précision de réglage de la longueur d'onde et de la puissance peut être accrue. Dans l'appareil de détection de gaz du second aspect, les valeurs voulues de la longueur d'onde et de la puissance du laser à semi-conducteur monomode à longueur d'onde accordable sont obtenues par formation d'une boucle à rétroaction pour le réglage du courant de pilotage du laser à semi-conducteur monomode a longueur d'onde accor- dable d'une manière très efficace. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris a la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme synoptique représentant la disposition d'un ensemble selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est un graphique représentant la varia- tion de deux faisceaux laser Ai et '2 et des signaux reçus par la partie photoréceptrice d'un des faisceaux laser au cours du temps, lorsque l'air ne contient pas de méthane; la figure 3 est un graphique représentant les varia- tiens de deux faisceaux laser i1 et k2 et des signaux de sortie de la partie photoréceptrice des faisceaux laser au cours du temps, lorsque du méthane est présent dans l'air: la figure 4 est un schéma représentant la disposi- tion d'un laser DFB à trois électrodes constituant un laser - à semi-conducteur monomode à longueur d'onde accordable utilisé selon l'invention; les figures 5A et 5B sont des graphiques représen- tant chacun la distribution spectrale et indiquant la variation du spectre suivant la distribution d'un courant d'injection qui doit circuler dans le laser DFB à trois électrodes représenté sur la figure 4; la figure 6A est un schéma d'un circuit représentant la disposition détaillée d'un générateur programmable de courant représenté sur la figure 1; la figure 6B est un schéma détaillé d'un circuit de commutation de résistances représenté sur la figure 6A; la figure 6C est un diagramme synoptique représentant en détail un processeur de signaux représenté sur la figure 1; les figures 7A et 7B représentent respectivement un diagramme synoptique de l'ensemble d'affichage de la pré- sence ou de l'absence de gaz en fonction du signal de sortie de l'appareil de détection de gaz représenté sur la figure 1, et un exemple d'affichage; la figure 8 est une coupe représentant un laser DBR à trois électrodes constituant un laser à semi-conducteur monomode à longueur d'onde accordable selon un second mode de réalisation de l'invention; la figure 9 est un graphique représentant les carac- téristiques de la longueur d'onde d'oscillation du laser DBR à trois électrodes par rapport au courant appliqué; la figure 10 est une perspective représentant un laser DFB à élément intégré dans un troisième mode de réalisation de l'invention; la figure ll est un diagramme synoptique représen- tant la disposition d'un ensemble constituant un quatrième mode de réalisation de l'invention; la figure 12 est un diagramme synoptique représen- tant la disposition d'un ensemble selon un cinquième mode de réalisation de l'invention; la figure 13 est un diagramme synoptique représen- tant la disposition d'un ensemble selon un sixième mode de réalisation de l'invention; la figure 14 est un ordinogramme illustrant une opération de l'ensemble représenté sur la figure 13; et la figure 15 est un graphique représentant les caractéristiques d'absorption lumineuse du gaz méthane. On décrit d'abord rapidement les caractéristiques principales de l'invention. Trois conditions sont néces- saires pour qu'un laser donnant deux longueurs d'onde puisse être utilisé dans un radar à laser fonctionnant par absorption différentielle du type considéré: 1) les axes optiques des faisceaux laser ayant les deux longueurs d'onde doivent coïncider, 2) le laser doit bien résister aux vibrations mécaniques, et 3) les longueurs d'onde et intensités des deux fais- ceaux lumineux doivent être réglées électriquement et leurs valeurs doivent être modulées indépendamment. Pour que les conditions précédentes soient remplies, dans l'appareil de détection de gaz selon l'invention, un laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accor- dable est utilisé comme source lumineuse afin qu'il émette en alternance des faisceaux laser ayant deux longueurs d'onde. L'appareil comporte, pour le réglage des niveaux de sortie des faisceaux laser aux deux longueurs d'onde à des valeurs prédéterminées, un organe de réglage des courants d'injection qui doivent circuler dans les électrodes du laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable. Il faut noter qu'un intervalle de 1 nm (10 A) suffit entre les deux longueurs d'onde, et il suffit que la fré- quence de modulation corresponde à une fréquence d'environ quelques dizaines de kilohertz. Ces valeurs peuvent être obtenues de manière satisfaisante par divers types de laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable. On a indiqué qu'une longueur d'onde d'oscillation d'un laser à semiconducteur destiné à fonctionner à une température supérieure a la température ambiante était habituellement comprise dans la plage inférieure à 1,7 pm, et un spectre d'absorption du méthane a un pic intense à une longueur d'onde proche de 1,67 pm. En conséquence, l'utilisation d'un laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable qui oscille dans cette gamme de fréquences convient. La figure 1 est un diagramme synoptique représentant la disposition d'un ensemble d'appareil de détection de gaz dans un mode de réalisation de l'invention, dans lequel le laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accor- dable utilisé comme source lumineuse est constitué par un laser à semiconducteur DFB (rétroaction répartie) à trois électrodes à base de InGaAs/InP, ou sinon à une longueur d'onde proche de 1,67 Vm. Suivant les courants de pilotage I1 et 12 qui sont transmis en alternance avec une période prédéterminée par un premier et un second générateur programmable de courant 2a et 2b respectivement d'un ensemble 2 de pilotage de courant (décrit dans la suite), un laser monomode à semi- conducteur à longueur d'onde acçordable la (laser DFB à trois électrodes) d'un ensemble 1 formant source lumineuse émet en alternance, avec des intensités égales, deux fais- ceaux laser ayant une longueur d'onde X1 (1,665 pm dans le premier mode de réalisation) qui peut être facilement absorbée par le méthane et une longueur d'onde X2 (1,664 pm dans le premier mode de réalisation) qui n'est pas facile- ment absorbée par le méthane. Un laser 3 en lumière visible (par exemple un laser à lumière rouge) de l'ensemble 1 formant source lumineuse est piloté par un courant constant provenant d'un généra- teur 2c de courant constant de l'ensemble 2 de pilotage afin qu'il émette un faisceau laser visible de guidage indiquant la direction d'émission d'un faisceau laser par le laser à semi-conducteur la. Les faisceaux émis par les lasers la et 3 sont synthétisés par un miroir 4 et un miroir semitransparent 5 et émis dans l'air par les miroirs 6 et 7. Les faisceaux laser ayant les longueurs d'onde X et t2 émis dans l'air sont diffusés par les routes, les murs et analogues. Les faisceaux laser diffusés et renvoyés sont focalisés par un miroir 8 de Cassegrain de l'ensemble photorécepteur 9. Un signal lumineux formé par la lumière focalisée est transformé en un signal électrique par un élément photorécepteur 9a, et le niveau du signal électrique est détecté par un processeur 10 (décrit dans la suite), si bien que la présence de méthane dans l'air peut être détectée. Il faut noter que, pour que le fonctionnement soit stable, un réglage de stabilisation de température est réalisé dans l'ensemble 1 formant source lumineuse, notamment de l'élément laser afin qu'il reste & une tempé- rature prédéterminée. Cette détection du méthane est maintenant décrite rapidement en référence aux figures 2 et 3. Comme les deux faisceaux laser 1 et ' ont des longueurs d'onde très 1 4 proches, ils ont pratiquement les mêmes caractéristiques optiques, sauf la caractéristique d'absorption par le méthane. En conséquence, lorsque l'air ne contient pas de méthane (dans le trajet optique), les deux faisceaux laser reviennent en alternance avec la même intensité comme indi- qué sur la figure 2. Comme les deux longueurs d'onde ne peuvent pas être identifiées l'une par rapport à l'autre, la quantité totale de lumière reçue par l'élément photoré- cepteur 9a devient constante, et le signal de sortie n'a pas de composante modulée. En consequence, même si le signal de sortie de l'ensemble photorécepteur est détecté comme étant verrouillé par le processeur 10 de signaux en synchronisme avec la période de changement des courants 1 et 12 dans l'ensemble 2 de pilotage de courant, le signal de sortie obtenu est nul. Si du méthane est présent dans l'air (dans le trajet optique), comme seul le faisceau laser k1 est absorbé et atténué, une composante modulée apparaît dans la quantité totale de lumière représentée sur la figure 3. En consé- quence, si le signal de sortie de l'ensemble photorécepteur est détecté comme étant verrouillé par le processeur 10 en synchronisme avec la période de changement des courants I1 et 12 de l'ensemble 2, un niveau correspondant à la diffé- rence entre les quantités de lumière reçue aux longueurs d'onde 1 et 12 est transmis. La concentration du méthane présent dans l'air peut être détectée d'après ce niveau. On décrit maintenant le fonctionnement de principe d'un laser DFB a trois électrodes constituant un laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable la selon l'invention. Comme l'indique la figure 4, le laser monomode la à longueur d'onde accordable est obtenu par formation d'une couche active, d'une couche de guidage et d'une couche de revêtement sur un substrat semi-conducteur et il est connecté à l'ensemble 2 de pilotage de courant afin que des courants I! et 12 soient transmis aux trois électrodes. Comme indiqué sur les figures 5A et 5B, en fonction de la stabilisation de la température, une longueur d'onde d'os- cillation du laser 1 est déterminée d'après le rapport du courant de pilotage I1 au courant de pilotage 12. Le réglage du rapport à une valeur convenable n ou m, permet l'oscillation du laser 1 à la longueur d'onde voulue (microns) et 2 (microns). Un niveau de sortie du faisceau du laser 1 est déterminé par un courant d'injection N représenté par la somme (I1 + I2) des courants de pilotage. Ainsi, I2 = nI est réglé afin que la longueur d'onde k soit déterminée, et 12 = mI1 est réglé pour la détermination de la longueur d'onde À2, et I1 + I2 = N est réglé pour la détermination des niveaux de sortie des lasers aux longueurs d'onde 1 et 2 à des valeurs prédé- terminées. Les valeurs n, m et N sont légèrement différentes pour les lasers monomodes individuels à semi-conducteur à longueur d'onde accordable. Les valeurs n, m et N utilisées dans le laser DFB à trois électrodes de ce mode de réalisa- tion sont indiquées dans le tableau qui suit. Quantité de N n m lumière 1 mW 45 mA 1,45 2,51 3 mW 70 mA 1,49 2,49 mW 90 mA 1,53 2,47 La figure 6A représente en détail des générateurs programmables de courant 2a et 2b représentés sur la figure 1. Sur la figure 6A, chacun des circuits R1, R2 et R3 de commutation à résistance comprend plusieurs résistances Rl à Rln connectées en série avec plusieurs interrupteurs générateurs programmables 2a et 2b et transmet un signal de commutation des longueurs d'onde k. et i en synchronisme avec un signal pulsé d'un générateur 10e d'impulsions. En outre, l'ensemble 10d de consigne commande le fonctionne- ment du générateur 2c de courant constant destiné à créer un courant IR destiné au laser visible 3. Les signaux provenant de l'élément photorécepteur 9a sont transformés en valeurs continues dans un amplificateur à verrouillage 10f, en synchronisme avec les longueurs d'onde i1 et t2, les valeurs continues sont transformées en valeurs numériques par un convertisseur analogique- numérique 10g, et les valeurs numériques sont mémorisées dans une zone d'une mémoire 10h de valeurs de mesure cor- respondant au nombre d'impulsions créées. Un processeur 10i des valeurs de mesure exécute un traitement de formation de la moyenne ou de corrélation sur les valeurs de mesure conservées dans la mémoire 10h et calcule ainsi la diffé- rence entre les valeurs de mesure aux longueurs d'onde '1 et X2 Un ensemble 10j de détermination d'alarme détermine la concentration par rapport au signal de sortie du proces- seur 10i et d'une table 10k de conversion valeur de mesure- concentration. Lorsque la concentration déterminée dépasse une valeur d'alarme conservée dans une mémoire 101 de va- leur d'alarme, l'ensemble 10j transmet un signal d'alarme. Un dispositif 10m d'affichage d'alarme affiche des articles de mesure tels que la concentration et une alarme en fonction du signal de sortie de l'ensemble 10j de déter- mination d'alarme et des conditions de mesure provenant d'un organe lOn de commande de mesure, sur un tube à rayons cathodiques. La figure 7A représente la disposition d'un ensemble utilisé pour l'affichage de la présence ou de l'absence d'un gaz détecté, sur un synchroscope. La disposition représentée sur la figure 7A est la même que celle de la figure 1, mis à part qu'un signal de sortie de l'élément photorécepteur 9a est transmis à un synchroscope 103 par analogiques S1 à Sn respectivement comme indiqué sur la il ln figure 6B. Ainsi, la sélection des interrupteurs Sll à Sln par un signal de commande en fonction d'un programme prédé- terminé assure la variation du courant de sortie I de l'alimentation E à l'aide du générateur programmable de courant, par l'intermédiaire des circuits de commutation à résistances R1, R2 et R3 et de l'amplificateur opérationnel OP, et le circuit transmet en alternance les courants de pilotage I1 et 12 pendant une période prédéterminée. Il faut noter que les quatre générateurs au total comprenant le générateur représenté sur la figure 6A chacun peuvent être utilisés pour le pilotage des courants Il et I2 et la commutation par un signal de commande de commuta- tion de longueur d'onde. La figure 6C représente la disposition détaillée du processeur 10-de signaux de la figure 1. Pour qu'un appa- reil de détection de gaz représenté sur la figure 1 fonc- tionne, le processeur 10 de signaux représenté sur la figure 6C détermine une valeur de signal de sortie permet- tant un réglage précis de la température du laser à semi- conducteur avec un rapport signal-sur-bruit élevé et sans saturation de l'élément photorécepteur, en fonction de la distance à une surface réfléchissante et des performances de l'élément photorécepteur. Une valeur de sortie corres- pondant à une distance nécessaire pour que le faisceau laser atteigne l'élément photorécepteur 9A de l'ensemble 9 est mémorisée dans un ensemble 10a de consigne de valeur du signal de sortie. La valeur du signal de sortie est déter- minée par saisie de cette distance ou par saisie manuelle d'une valeur de signal de sortie. Un calculateur 0lb de valeur actuelle calcule I1 et 12 permettant l'obtention des longueurs d'onde X1 et t2 et d'un signal lumineux prédéterminé d'après la valeur du signal de sortie de l'ensemble 10a de consigne, par rapport à une table 10c de conversion valeur de sortie-courant. Un ensemble 10d de consigne de courant détermine les valeurs de I1 et 12 aux longueurs d'onde 1 et X2 dans les l'intermédiaire d'un filtre 101 et d'un amplificateur 102. Dans la disposition représentée sur la figure 7A, la concentration d'un gaz détecté est observée sur le syn- chroscope 103 sous forme de l'amplitude d'une onde ayant une fréquence (10 kHz) égale à la fréquence de répétition des impulsions provenant des générateurs programmables 2a et 2b. La figure 7B représente un affichage détaillé obtenu lorsqu'une cellule à gaz (de 10 cm de longueur) contenant de l'air ayant 10 % de méthane gazeux est utilisée comme échantillon et la mesure est réalisée au point milieu entre l'appareil et une paroi plane (séparée de l'appareil par une distance de 1 m) ayant un pouvoir réflecteur élevé. Dans cette mesure, un signal de sortie projeté sur la paroi a une puissance de 1,5 mW et le diamètre du miroir réflé- chissant photorécepteur est de 15 cm. Comme représenté sur la figure 7S, l'intensité du signal de cet ensemble de détection de gaz est suffisamment élevée et une concentration aussi faible que 0,01 % de méthane peut être détectée lorsque la sensibilité du syn- chroscope 103 est accrue. On décrit maintenant des modes de réalisation, d'un second à un sixième, dans lesquels la disposition de l'ap- pareil de détection de gaz est la même de façon générale que celle du premier mode de réalisation de la figure 1 et n'est donc pas représentée. On considère maintenant un second mode de réalisa- tion. La figure 8 représente la disposition d'un laser DBR (réflecteur de Bragg réparti) à trois électrodes, utilisé comme laser monomode à semiconducteur a longueur d'onde accordable la dans le second mode de réalisation de l'in- vention, et la figure 9 représente des caractéristiques d'une longueur d'onde d'oscillation en fonction du courant appliqué. Dans le laser représenté sur la figure 8, les courants qui doivent être injectés dans une région photo- émissive, une région de réglage de phase et une région DBR sont désignés par les référence Ia, Ip et Id. Comme représenté sur la figure 9, un signal lumineux P de sortie est pratiquement déterminé par Ia qui est destiné à être injecté dans la région photoémissive. Cependant, comme le signal lumineux de sortie est modifié lorsque Ip et Id sont changés, Ia qui doit être injecté dans la région photoémis- sive est aussi changé. En outre, comme l'indice de réfrac- tion d'un réseau de diffraction peut être réglé par un champ électrique appliqué au réseau de diffraction, la longueur d'onde d'oscillation peut être déterminée par la somme de Ip et Id qui sont destinés à être injectés dans la région de réglage de phase et dans la région DBR. Ainsi, Ip/(Ia + Ip + Id), Id/(Ia + Ip + Id) et Ia + Ip + Id sont réglés aux valeurs voulues. On considère maintenant un troisième mode de réali- sation. La figure 10 représente la disposition d'un élément laser DFB intégré utilisé comme laser monomode à semi- conducteur à longueur d'onde accordable la dans le troi- sième mode de réalisation de l'invention. Le laser DFB à trois électrodes de ce mode de réalisation est obtenu par l'intégration d'une première diode laser 20 (appelée ND dans la suite), d'une seconde diode ND 21 et d'un guide d'onde 22 de synthèse. Un faisceau laser émis par la pre- mière diode 20 a une longueur d'onde t1 (1,665 pm dans le troisième mode de réalisation) qui est facilement absorbée par le méthane, et un faisceau laser émis par la seconde diode 21 a une longueur d'onde À2 (1,664 pm dans le troi- sième mode de réalisation) qui n'est pas facilement absor- bée par le méthane. Les courants appliqués aux deux diodes et 21 sont commutés en alternance afin que les longueurs d'onde I et 12 soient émises en alternance avec des inten- sités égales. Il faut noter que les longueurs d'onde sont commutées et que l'intensité du signal de sortie est réglé de la même manière que dans le premier mode de réalisation. Bien entendu, un laser DBR à trois électrodes peut être utilisé à la place du laser DFB à trois électrodes dans ce troisième mode de réalisation. On considère maintenant un quatrième mode de réalisation. La figure 11 représente la disposition dans l'ensemble dans ce quatrième mode de réalisation dans lequel l'absorption de la lumière transmise est utilisée. Dans les trois premiers modes de réalisation, l'absorption de la lumière réfléchie est utilisée pour la détection de la présence d'un gaz dans l'air. Cependant, dans le quatrième mode de réalisation, la propagation de la lumière dans un espace est utilisée afin que la lumière transmise par un gaz soit détectée. Une source lumineuse d'un émetteur 23 et un élément photorécep- teur et un processeur de signaux d'un récepteur 24 ont la même disposition que dans le premier, le second ou le troi- sième mode de réalisation. Un signal de synchronisation utilisant un faisceau laser ayant une longueur d'onde 12 (1,664 pm dans le quatrième mode de réalisation) qui n'est pas facilement absorbée par le méthane est transmis de émetteur 23 au récepteur 24 afin que l'émetteur 23 et le récepteur 24 soient synchronisés. Le récepteur 24 reçoit le signal de synchronisaticn afin qu'il établisse la synchro- nisation et assure le traitement de détection du gaz. L'émetteur 23 transmet aussi une valeur d'un signal lumi- neux de sortie, divers paramètres tels qu'une valeur de * seuil d'alarme et des données telles qu'un signal de com- mande du récepteur 24, par utilisation du faisceau laser ayant la longueur d'onde 12. Il faut noter que cette transmission de données peut être réalisée par utilisation d'une autre ligne L, par exemple une ligne métallique, sans utilisation du faisceau laser ayant la longueur d'onde t2. En outre, les données comprises dans le récepteur 24 peuvent être transmises à l'émetteur 23. On considère maintenant un cinquième mode de réali- sation. La figure 12 représente la disposition de l'en- semble dans ce cinquième mode de réalisation qui utilise l'absorption de la lumière transmise. Le cinquième mode de réalisation peut être utilisé surtout comme appareil de contrôle de fuites de gaz dans une canalisation d'une usine chimique ou analogue. Alors que la lumière est émise dans un espace dans le quatrième mode de réalisation, elle est émise dans une fibre 25 dans le cinquième mode de réalisa- tion. L'ensemble du cinquième mode de réalisation comporte une lentille 26 destinée à émettre la lumière de la fibre dans un espace dans plusieurs parties d'une canalisation (non représentée), et une lentille 27 destinée à focaliser la lumière émise dans l'espace et transmise par un gaz et à transmettre la lumière focalisée à la fibre 25. Comme la fibre est utilisée comme trajet de transmission de la lumière, non seulement la lumière se propageant dans une direction d'émission mais aussi la lumière réfléchie vers un émetteur 23 peuvent ètre utilisées. Ainsi, l'utilisation d'une longueur d'onde 1 (1,665 pm dans le cinquième mode de réalisation) qui est facilement absorbée par le méthane comme longueur d'onde de la lumière émise par l'émetteur 23 permet la détection d'une partie des fuites de méthane d'une canalisation en contenant. On considère maintenant un sixième mode de réalisa- tion. On le décrit d'abord rapidement en résumé. (1) Un appareil comporte un ensemble photorécepteur destiné à détecter la longueur d'onde et le niveau de sor- tie d'un laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable. L'ensemble photorécepteur comprend un discrimi- nateur destiné à distinguer les deux longueurs d'onde et un élément photorécepteur destiné à détecter le signal de sortie ainsi distingué. (2) L'appareil comporte un processeur arithmétique destiné à recevoir un signal de l'ensemble photorécepteur et, en fonction du niveau de la lumière reçue, à calculer la somme totale des courants qui doivent circuler vers plusieurs électrodes du laser monomode et le rapport du courant qui doit circuler vers chaque électrode, à la somme totale. (3) L'appareil comprend un circuit de pilotage de courant destiné à recevoir un signal de commande du processeur arithmétique et à régler le courant qui doit circuler vers chaque électrode. La figure 13 représente la disposition d'un ensemble formant appareil de détection de gaz dans le sixième mode de réalisation. De manière générale, lorsqu'un courant circule vers un laser à semi-conducteur afin qu'il provoque l'oscillation de celui-ci et l'émission d'un faisceau laser, le laser à semi-conducteur dégage lui-même de la chaleur. En conséquence, si le laser à semi-conducteur est piloté par un courant constant pendant le réglage de la température d'un élément, il est difficile de garder une bonne précision sur la longueur d'onde et l'intensité du faisceau laser. Dans le sixième mode de réalisation, avec la dispo- sition du premier mode de réalisation, les longueurs d'onde (X et _2) et les intensités des deux faisceaux laser sont contrôlées, et un courant provenant d'un circuit 2 de pilo- tage de courant est réglé en fonction des résultats contrô- lés si bien que la précision sur les longueurs d'onde et les intensités des deux faisceaux laser émis en alternance par un laser à semiconducteur la (un laser DFB a trois électrodes dans le sixième mode de réalisation) est accrue. Des miroirs semi-transparents 12 et 13 et un miroir 14 sont disposés de façon qu'un faisceau laser émis par le laser la soit divisé par un miroir semi-transparent 11 et les faisceaux divisés sont guidés vers des photorécepteurs décrits dans la suite (indiqués par A cerclé sur la figure 13). Un faisceau laser divisé par le miroir semi- transparent 12 tombe sur un élément photorécepteur 15. Un processeur arithmétique 20 calcule des intensités des fais- ceaux ayant les longueurs d'onde 1 et t2 d'après un signal de sortie de l'élément photorécepteur 15. Un faisceau laser divisé par le miroir semi- transparent 13 parvient sur un discriminateur 16 destiné à séparer sélectivement la lumière ayant une longueur d'onde de 1,665 pm et à émettre un signal de sortie vers un élément photorécepteur 17. Le processeur arithmétique 20 calcule l'intensité du faisceau laser ayant la longueur d'onde 12 en fonction du signal de sortie de l'élément photorécepteur 17. Un faisceau laser réfléchi par le miroir 14 parvient sur un discriminateur 18 de longueur d'onde, destiné à séparer sélectivement la lumière ayant une longueur d'onde de 1,664 pm et à émettre un signal de sortie vers un élé- ment photorécepteur 19. Le processeur arithmétique 20 cal- cule l'intensité du faisceau laser ayant la longueur d'onde 12 en fonction du signal de sortie de l'élément photo- récepteur 19. La mesure (calcul) de l'intensité de la longueur d'onde de chaque faisceau laser est décrite en détail dans la suite. (1) Pour le réglage de la longueur d'onde t à 1,665 pm, le processeur arithmétique 20 lit n de 12 = nI1 du tableau 1 à 1,45 environ. Un faisceau laser incident est sélectionné par le discriminateur 16 et n est réglé afin que l'intensité du signal discriminé reçu par l'élément photorécepteur 17 soit rendue maximale. (2) Pour que l'intensité de X1 soit maintenue à 1 mW, le processeur arithmétique 20 maintient n déterminé en (1) à une valeur constante et lit N de I1 + I2 = N dans le tableau 1, autour de 45 mA, et émet ainsi un faisceau laser vers l'élément photorécepteur 15. N est réglé d'après le signal de sortie de l'élément 15 afin que l'intensité de I reste à 1 mW. (3) Le processeur arithmétique 20 lit m de 12 = mI1 dans le tableau à une valeur voisine de 2,51 afin qu'il règle la longueur d'onde À2 à 1,664 pm. Un faisceau laser incident est sélectionné par le discriminateur 18 de longueur d'onde et m est réglé afin que l'intensité du signal reçu par l'élément photorécepteur 19 soit rendue maximale. (4) Pour que l'intensité de À2 reste à 1 mW, le processeur arithmétique 20 maintient m déterminé en (1) et lit N de 11 + I2 = N dans le tableau, et un faisceau laser est émis vers l'élément photorécepteur 15. N est réglé en fonction du signal de sortie de l'élément photorécepteur 15 de manière que l'intensité de kI reste à I mW environ. L'exécution des opérations (1) à (4) permet le main- tien & des valeurs constantes des longueurs d'onde et des intensités de X1 et A2' Le traitement dans le sixième mode de réalisation, avant le début de la mesure, est décrit dans la suite en référence à la figure 6C sur laquelle une disposition détaillée du processeur arithmétique mieux représenté sur la figure 13 est indiquée en traits interrompus et un ordi- nogramme comprenant des pas S1 à S13 est représenté sur la figure 14. Au pas SI, la température de l'ensemble 1 formant source lumineuse est stabilisée. Avant le début de la mesure, un signal de consigne Nnm est transmis par l'organe de commande de mesure O10n à un organe 20a de commande Nmn afin que le traitement suivant soit réalisé. a) D'abord, Nn est déterminé à 1. En fonction du signal de sortie de l'organe de com- mande Nmn 20a, un calculateur 10b de valeur de courant fixe temporairement N à la valeur du signal de sortie de la lumière. Ensuite, n est lu de -10 % à +10 % d'une valeur prédéterminée, par pas de 0,5 % (pas 52 et S3). Un amplificateur de verrouillage 20b transforme le signal de sortie de l'élément photorécepteur 17 en une valeur continue en synchronisme avec le signal de sortie d'un ensemble de consigne de courant O10d. La valeur en courant continu est transformée en une valeur numérique par le convertisseur analogique-numérique 20c, et la valeur numérique est conservée dans une zone de la mémoire 20d de valeur de mesure correspondant & la valeur de n (pas S4). L'organe de commande Nmn 20a détermine n qui corres- pond à la valeur maximale des valeurs numériques parmi les valeurs mémorisées respectives de n (pas S5). Le fait que le signal de sortie du discriminateur de longueur d'onde devient la valeur maximale ou la valeur minimale à k est déterminé en fonction du type du discri- minateur. Ceci est analogue au pas S9 (décrit dans la suite), par remplacement par 2. Le calculateur 10b de la valeur du courant lit N pour la valeur de n d'après le signal de sortie de l'organe de commande Nmn 20a (pas S6). L'amplificateur verrouillé 20b transforme le signal de sortie de l'élément photorécepteur 15 en une valeur continue en synchronisme avec le signal de sortie de l'en- semble de consigne l0d. La valeur en courant continu est transformée en une valeur numérique par le convertisseur analogique-numérique 20c, et la valeur numérique est con- servée dans une zone de la mémoire 20d de valeur de mesure correspondantà la valeur de N. L'organe de commande Nmn 20a détermine N qui corres- pond à la valeur maximale des valeurs numériques parmi les valeurs respectives mémorisées pour N. Dans ce mode de réalisation, comme le discriminateur est constitué par un filtre passe-bande, la valeur maximale des valeurs numériques est déterminée. Cependant, si le discriminateur est constitué par une cellule d'absorption qui absorbe au maximum la lumière à la longueur d'onde X1, la valeur minimale des valeurs numériques est déterminée. Dans ce mode de réalisation, n est lu de manière fine de -10 % à +10 % d'une valeur prédéterminée, par pas de 0,5 %. Le traitement peut cependant être réalisé de manière n soit lu à des valeurs bien distinctes et donne des valeurs de mesure, et la valeur de n donnant la valeur maximale des valeurs de mesure est calculée en fonction des valeurs de mesure. b) Nm à k2 est déterminé (pas S7 à S12). Le traite- ment correspondant à 2 est le même que celui qu'on a décrit en (a), mais n est remplacé par m. La série précédente d'opérations peut être réalisée très facilement avec un réglage très précis de température. Même si la température de l'appareil de détection de gaz comprenant le laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable varie, le courant appliqué au laser peut être réglé puisque la longueur d'onde et le signal de sor- tie peuvent être réglés indépendamment dans le laser mono- mode. En conséquence, il est évident qu'une influence de la variation de température peut être évitée afin que la détection du gaz soit réalisée facilement. Il s'agit d'un grand avantage selon l'invention. Dans l'appareil selon l'invention ayant la disposi- tion précédente, la relation entre la concentration du méthane pour des intensités particulières des faisceaux lumineux aux longueurs d'onde 1 et t2 et l'intensité du faisceau parvenant sur l'élément photorécepteur 9 est mémo- risée préalablement dans le processeur 10. En conséquence, la concentration du méthane dans l'air peut être mesurée avec précision. Des exemples de discriminateurs de longueurs d'onde sont un interféromètre de Fabry-Pérot et une cellule d'absorption ayant des caractéristiques d'absorption d'une substance particulière. Une cellule d'absorption du méthane à détecter peut être utilisée pour la discrimination la plus simple et plus précise, notamment dans un discrimina- teur pour la longueur d'onde 1 Dans tous les modes de réalisation précédents, le laser DFB à trois électrodes est décrit comme exemple de laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accor- dable. Un laser DFB à deux électrodes peut être utilisé pour les mêmes fonctions. En outre, l'invention peut s'ap- pliquer de manière analogue à un laser DBR à longueur d'onde accordable, à un laser DFB intégré et à un laser DBR intégré. Dans tous les modes de réalisation précédents, on a utilisé l'absorption à proximité d'une longueur d'onde de 1,665 pm. Cependant, comme un grand nombre de raies d'absorption du méthane est présent prés de cette longueur d'onde comme indiqué sur la figure 15, la longueur d'onde utilisée n'est pas limitée à 1,665 pm. Compte tenu de la variation de la longueur d'onde d'un élément photorécepteur réalisé en pratique, si 1,665 pm est utilisé à la fois pour Ge et InGaAs, cette longueur d'onde est trop grande et la sensibilité est réduite. Si une couche active InGaAs est utilisée dans un laser à base InP/InGaAsP comme source lumineuse pour des oscillations à proximité de 1,665 pm, le signal obtenu et les caractéristiques de température sont inférieures à celles qui sont obtenues par oscillation à une longueur d'onde plus courte. Compte tenu de ces situa- tions, l'élément photorécepteur ou analogue peut être per- fectionné pour l'exécution de la détection du méthane avec une plus grande sensibilité par utilisation d'un pic d'absorption pour des performances de la source lumineuse à 1,64 pm par exemple. Comme décrit précédemment, dans l'appareil de détec- tion de gaz selon l'invention, le laser monomode à semi- conducteur à longueur d'onde accordable est utilisé pour la transmission en alternance de deux faisceaux laser. En conséquence, comme des parties mettant en oeuvre un fonc- tionnement mécanique dàrrs un appareil classique sont rem- placées par des signaux électriques, le nombre de parties mobiles est réduit afin que le nombre d'éléments soit réduit. En conséquence, la dimension de l'appareil est réduite et sa fiabilité est accrue. La longueur d'onde et le signal de sortie du laser monomode à semiconducteur à longueur d'onde accordable selon l'invention peuvent être réglés indépendamment. En conséquence, une longueur d'onde très efficace correspon- dant aux caractéristiques d'absorption d'un gaz à détecter peut être utilisée et le laser peut être facilement réglé. De même, la précision du réglage de la longueur d'onde et du signal de sortie est accrue et améliore beaucoup la précision de détection de divers types de gaz. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de détection de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend: une source lumineuse (1) ayant un laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable (la), ce laser (la) transmettant un faisceau laser monomode ayant une longueur d'onde accordée par un courant de pilotage et émettant, vers un objet qui doit être détecté, au moins un premier faisceau laser ayant une première longueur d'onde qui est absorbée par un gaz à détecter et un second fais- ceau laser ayant une seconde longueur d'onde qui n'est pas absorbée par le gaz à détecter, un dispositif (2) de commande de commutation du courant de pilotage ayant une valeur prédéterminée corres- pondant à la première ou à la seconde longueur d'onde, pendant une période prédétermir.née, et de transmission du courant de pilotage au laser monomode à semi-conducteur (la), le dispositif de commande (2) réglant les courants de pilotage ayant la valeur prédéterminée correspondant à la première ou à la seconde longueur d'onde afin que le pre- mier et le second faisceau laser soient transmis en alter- nance par le laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable pratiquement avec la même puissance pen- dant la transmission de la première et de la seconde longueur d'onde, un dispositif photorécepteur (9) destiné à recevoir une première et une seconde composante lumineuse créées lorsque le premier et le second faisceau laser émis en alternance par le laser monomode (la) parviennent sur l'objet à détecter et transmettant des signaux électriques correspondant aux quantités de lumière reçue de la première et de la seconde composante lumineuse, et un dispositif (10) de traitement de signaux destiné à recevoir les signaux électriques du dispositif photoré- cepteur (9) et à traiter la détection de la présence ou de l'absence du gaz en fonction de la différence entre les quantités de lumière reçue pour la première et la seconde composante lumineuse. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le laser monomode (la) est un laser DFB à plusieurs électrodes. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la laser DFB à plusieurs électrodes est un laser DFB à trois électrodes ayant une première, une seconde et une troisième électrode, et le dispositif de commande (2) fait circuler un courant somme 12 de courants qui doivent cir- culer dans la première et la troisième électrode et un courant I1 destiné à la seconde électrode, avec réglage de I%/(1l + 12) et II + 12 aux valeurs voulues. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la laser monomode à semi-conducteur (la) est un laser DBR à plusieurs électrodes. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que laser DBR à plusieurs électrodes est un laser DBR à trois électrodes ayant une première, une seconde et une troisième électrode, et le dispositif de commande fait circuler des courants Ia, Ip et Id vers la première, la seconde et la troisième électrode respectivement, avec réglage de Ia/(Ia + Ip + Id), Id/(Ia + Ip + Id) et Ia + Ip + Id aux valeurs voulues. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse (1) a un élément intégré obtenu par intégration d'au moins deux lasers monomodes à semi- conducteur à longueur d'onde accordable et d'un guide d'onde, et capable d'émettre de la lumière ayant plusieurs longueurs d'onde à partir d'un seul guide d'onde. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composantes lumineuses sont constituées par de la lumière réfléchie par une partie entourant l'objet à détecter. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composantes lumineuses sont formées par la lumière transmise à travers l'objet à détecter. 9. Appareil de détection de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse (2) ayant un laser monomode à semi-conducteur (la) à longueur d'onde accordable, ce laser transmettant un faisceau monomode laser ayant une longueur d'onde accordée d'après le courant de pilotage et émettant pour l'objet à détecter, au moins un premier faisceau laser ayant une première longueur d'onde qui est absorbée par un gaz à détecter ou un second faisceau laser ayant une seconde longueur d'onde qui n'est pas absorbée par le gaz à détecter, un premier dispositif de commande (2) destiné à commuter le courant de pilotage ayant une valeur prédéter- minée correspondant à la première ou à la seconde longueur d'onde pendant une période prédéterminée, et à transmettre le courant de pilotage au laser monomode à semi-conducteur (la) à longueur d'onde accordable, le premier dispositif de commande (2) réglant le courant de pilotage ayant la valeur prédéterminée correspondant à la première ou à la seconde longueur d'onde afin que le premier et le second faisceau laser soient transmis en alternance par le laser monomode à semi-conducteur pratiquement avec une même puissance, lors de la transmission de la première et de la seconde longueur d 'onde, un premier dispositif photorécepteur (9) destiné à recevoir la premiere et la seconde composante lumineuse créées lorsque le premier et le second faisceau laser émis en alternance par le laser monomode à semi-conducteur (la) parviennent sur l'objet à détecter, et à transmettre des signaux électriques correspondant aux quantités reçues de lumière de la première et de la seconde composante lumineuse, un dispositif (10) de traitement de signaux destiné à recevoir les signaux électriques du premier dispositif photorécepteur et à traiter la détection de présence ou d'absence du gaz en fonction de la différence entre les quantités de lumière reçue de la première et de la seconde composante, un second dispositif photorécepteur (12 à 19) des- tiné à recevoir le premier et le second faisceau laser émis par le laser monomode à semi-conducteur à longueur d'onde accordable (la) et à transmettre des signaux de détection correspondant aux longueurs d'onde et aux puissances reçues du premier et du second faisceau laser, et un second dispositif de commande (20) destiné à renvoyer un signal de correction des courants de pilotage ayant les valeurs prédéterminées au premier dispositif de commande en fonction du signal de détection provenant du second dispositif photodétecteur.