Brevet FR2871573A1 — publié le 20051216

L'invention se rapporte à la détection d'au moins un gaz déterminé dans une atmosphère ambiante. Il s'agit de détecter la présence de ce(s) gaz, voire de fournir l'indication d'un niveau de présence, par exemple par l'intermédiaire d'un afficheur gradué indiquant une présence plus ou moins importante du gaz dans l'atmosphère ambiante. L'invention concerne tant un procédé de détection qu'un détecteur en tant que tel. Dans le contexte de la détection de gaz, il a déjà été proposé d'utiliser une onde optique. Il a également été proposé des détecteurs résistifs ou électriques (par exemple US-A-6 113 859 ou US-A-6 109 095). Comme dans le cas de l'invention, le principe d'un capteur à conductivité superficielle repose sur la variation de la conductivité électrique d'un matériau déposé en couche mince (dans les exemples un semi-conducteur, typiquement Sn02, W03, ZnO) lorsque celui-ci est exposé à un gaz déterminé. L'adsorption du gaz à la surface du matériau sensible {oxyde par exemple) créé une zone de charge d'espace provoquant une variation de la conductivité superficielle. Un capteur hybride résistif et optique, a également déjà été proposé. Ainsi, dans US-A-5 733 506, des halogénures d'alcane et d'autres gaz de structure électronique similaires entraînent une variation du facteur d'absorption du verre. Le film sensible optiquement est en outre électriquement conducteur, ce qui permet de mesurer la différence de conductivité de la couche sensible en présence des gaz concernés. Une désorption des gaz est possible en chauffant le dispositif. Si l'invention retient l'intérêt de la mesure de la variation de la conductivité par exemple d'un oxyde 2 2871573 métallique semi-conducteur en présence d'un gaz, recourir à la prise en compte de la variation de l'absorption ne paraît pas approprié. Un objectif de l'invention est dans ces conditions de proposer une solution pour détecter au moins un gaz dans une atmosphère ambiante en fournissant un détecteur présentant tout ou partie des avantages suivants: - sélectivité meilleure que les détecteurs existants, - éviter que le détecteur ait une conductivité Io superficielle fonction de la température ambiante et/ou de l'humidité et/ou de la pression partielle de l'atmosphère où se trouve le détecteur, - proposer un détecteur ayant une bonne stabilité dans le temps (éviter les étalonnages à effectuer périodiquement, comme typiquement sur les capteurs résistifs), - se dispenser d'une mesure d'absorption optique comme dans US-A-5 733 506 où il faut favoriser la capacité à prendre en compte une telle mesure, obtenir une limite de détection basse, de l'ordre d'une fraction de ppm, éviter toute dérive importante des grandeurs mesurées (temps de vie visé supérieur à 5 ans, a priori sans recalage), - obtenir une détection possible d'un nombre important de gaz, tels que Ox, NOx, CO, SOx, Nox, alcanes, - obtenir un détecteur fiable, d'un prix de revient maîtrisé et qui soit donc performant tant en termes de sélectivité que de capacité de discrimination entre les gaz de l'atmosphère concernée. On peut donc considérer que les détecteurs et/ou procédés de détection jusqu'à présent proposés constituent des solutions présentant tout ou partie des inconvénients 3 2871573 suivants: problème de précision de mesure, problème de sélectivité, problème de fiabilité et/ou de stabilité dans le temps (étalonnage parfois à effectuer périodiquement), problème de performance du principe de détection utilisé, coût des détecteurs, complexité des moyens utilisés (optique/acoustique), utilisation de sources lumineuses centrées sur une longueur d'onde précise pouvant poser des problèmes de dérives dans le temps, problème d'environnement (la conductivité superficielle de certains capteurs est fonction de la température ambiante, de l'humidité et/ou de la pression dans l'atmosphère ambiante de détection). L'invention a pour objet d'apporter une solution à tout ou partie de ces problèmes et un de ses objectifs est d'améliorer la qualité des détecteurs optiques existants. Un objectif est également d'assurer une sélectivité relativement élevée. Une précision de mesure est également visée. Dans ce contexte, il est proposé un procédé de 20 détection dans lequel: on expose au contact de cette atmosphère un capteur hybride, optique et électrique comprenant un matériau en couche mince, sensible audit gaz et présentant: * un indice de réfraction qui varie sous l'effet du gaz à détecter dont la présence au contact du matériau perturbe donc les conditions de propagation de l'onde optique dans le capteur, * et/ou une conductivité électrique qui varie 30 sous l'effet du gaz à détecter en contact avec ledit matériau en couche mince, - on met en liaison optique ce matériau en couche mince et une source optique, - et on détecte une perturbation intervenue sur l'onde optique sous l'effet de la variation de l'indice de réfraction dudit matériau en couche mince en présence du gaz à détecter et/ou une modification de la conductivité électrique de ce matériau en couche mince. Pour favoriser la précision des mesures et/ou la fiabilité dans le temps et/ou le coût et la performance d'un détecteur conforme à l'invention, il est par ailleurs conseillé que l'étape de mise en liaison optique de l'onde optique avec la couche de matériau comprenne un couplage optique par l'intermédiaire de préférence de l'un parmi un prisme, un réseau de diffraction et un guide d'ondes, en particulier dans un interféromètre. Dans le cadre de l'invention, la mesure de la perturbation intervenue sur l'onde optique du fait de la présence du gaz dans le matériau sensible peut être effectuée de différentes manières: - tout d'abord, par une mesure de flux (intensité lumineuse de l'onde optique émise par la source lumineuse utilisée). On prend en compte les caractéristiques de réflexion ou de transmission à travers en particulier la couche de matériau sensible et son substrat support; toutefois de tels moyens d'évaluation sont ici jugés comme a priori les moins performants, - mesure par interférométrie; un capteur interférométrique de type Mach- Zhender peut en particulier être envisagé, avec utilisation notamment d'une photodiode comme moyen d'évaluation de la présence ou de l'absence du gaz, voire de moyens susceptibles de fournir des données relatives à l'importance relative de la quantité de gaz dans l'atmosphère ambiante de détection, - mesure des modifications de la propagation de l'onde sous l'effet du gaz; on peut noter, voire mesurer, la déviation apparaissant sur une mire ou une cible entre une première position d'une ligne foncée marquant l'entrée de l'onde optique dans la couche sensible et une position de référence de cette même ligne préalablement enregistrée, en l'absence de gaz. Concernant les moyens de relevé de la conductivité électrique du matériau sensible au gaz, ils pourront comprendre un peigne d'électrodes interdigitées. Concernant maintenant le détecteur de gaz en tant que tel, il est proposé par l'invention qu'il comprenne: - un capteur hybride, électrique et optique comprenant donc un matériau en couche mince, sensible audit gaz, laissant passer une onde optique lorsqu'il est mis en liaison optique avec une source d'onde optique et présentant, lorsqu'il est en outre mis en communication gazeuse avec une atmosphère ambiante susceptible de renfermer ledit gaz à détecter: * un indice de réfraction qui varie sous l'effet du gaz à détecter dont la présence au contact du matériau perturbe donc les conditions de propagation de l'onde optique * et/ou une conductivité électrique qui varie sous l'effet du gaz à détecter en contact avec ledit matériau en couche mince, des moyens de relevé de cette conductivité électrique étant disposés au contact du matériau en couche mince, - et des moyens d'évaluation de la présence du gaz, comprenant au moins l'un parmi: * des moyens de détection d'une perturbation optique pour détecter, et de préférence mesurer, la possible perturbation intervenue sur l'onde optique sous l'effet d'une variation de l'indice de réfraction du matériau en couche mince en présence dudit gaz, et * des moyens de mesure électrique reliés aux moyens de relevé de la conductivité électrique du 6 2871573 matériau en couche mince, pour détecter, et de préférence mesurer, la possible variation intervenue dans la conductivité électrique dudit matériau en couche mince sous l'effet dudit gaz. Pour favoriser les performances globales, la fiabilité, sélectivité, capacité de discrimination et les conditions de fabrication performantes d'un tel détecteur, on conseille que soient satisfaites en outre tout ou partie des caractéristiques utiles qui suivent: - les moyens de relevé de la conductivité électrique dudit matériau en couche mince s'étendent à l'endroit d'une première zone de la couche mince sensible à côté de laquelle une seconde zone de cette couche mince est réservée pour recevoir l'onde optique et assurer sa liaison optique avec les moyens de détection optique; on conseille lors que lesdites zones soient juxtaposées sur un substrat commun, - ou bien le capteur comprend, empilés, un substrat, les moyens de relevé de la conductivité électrique dudit matériau en couche mince et cette couche mince en elle- même, - ladite couche mince comprend un matériau faisant office de guide d'ondes lorsqu'il est éclairé par l'onde optique, - le détecteur comprend en outre un moyen de couplage optique pour la liaison optique entre la source optique et le capteur, le moyen de couplage optique comprend l'un parmi un prisme, un guide d'ondes dans un interféromètre, et un 30 réseau de diffraction, - les moyens de détection de la perturbation intervenue sur l'onde optique sous l'effet de la variation de l'indice de réfraction du matériau en couche mince comprennent des éléments de détection de la variation de la transmission et/ou de la réflexion de l'onde dans le capteur, sous l'effet dudit gaz à détecter, ces moyens de détection comprennent l'un au moins parmi un moyen de mesure du flux de l'onde optique, un interféromètre et un moyen de mesure de la déviation de l'onde optique dans le capteur sous l'effet dudit gaz, - le matériau en couche mince définit un guide d'ondes pour l'onde optique, ou au contraire, on préfère que le capteur comprenne en outre une couche guide d'ondes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore de la description complémentaire qui suit et qui fait référence aux dessins annexés donnés sans prétention d'échelle ou de respect des dimensions relatives (épaisseurs en particulier), uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels: - les figures 1,3,4,5,6,8,9 et 11 représentent schématiquement (sans volonté d'échelle) différents modes de réalisation d'un détecteur optique conforme à l'invention, la figure 1 illustre des moyens de détection associés qui sont repris partiellement sur les figures 5,8,9 et 11, - la figure 2 montre schématiquement, en vue de dessous dans le sens de la flèche II de la figure 1, une vue partielle du capteur de cette même figure 1 (cette réalisation pouvant être reproduite dans le mode de réalisation des figures 3,4,5,8 et 11, - la figure 7 montre une variante de réalisation en 30 vue de dessus (flèche VII) de la figure 6, - et, une fois encore schématiquement, la figure 10 montre les parties optiques et résistives du capteur de la figure 9, suivant une vue de dessus faite 8 2871573 perpendiculairement au plan de la feuille de l'illustration de la figure 9. Un principe qui sous-tend l'invention est donc lié à la variation, sous l'effet d'un gaz, de la conductivité électrique d'un matériau sensible à ce gaz (et non électriquement isolant en toute situation) et/ou de son indice de réfraction, avec alors effet perturbateur des conditions de propagation de l'onde optique que l'on aura mise en liaison optique avec cette couche de matériau sensible. Sur la figure 1, une source d'onde optique 1 (telle qu'un faisceau laser ou une diode électroluminescente) illumine un moyen capteur optique 3 comprenant plusieurs couches 5 superposées sur une face 15a d'un prisme 15, ici trois couches ou films minces. Les couches 5 comprennent, depuis l'extérieur (atmosphère ambiante 13 où le gaz à détecter se trouve, s'il est présent) vers la face 15a du prisme où ces couches sont déposées, une couche 8 en matériau sensible au gaz à détecter (c'est-à-dire dont l'indice de réfraction nA varie avec la concentration de ce gaz dans la couche), une couche guide d'ondes 9 d'indice nG et une couche d'interface 10 d'indice nB qui reçoit en premier l'onde incidente ila issue du moyen de couplage optique 15 ici retenu. La couche 10 est donc ici en contact direct avec le moyen de couplage optique 15. La couche 8 sensible au gaz est quant à elle en contact direct avec le milieu ambiant 13. Le rôle de la couche 10 est en particulier de permettre d'obtenir une onde évanescente sous le prisme. Cette couche 10 présente un faible indice de réfraction nB inférieur à celui nC du coupleur optique 15. Quant à l'indice de réfraction nG de la couche guide 9 2871573 d'ondes 9, il sera avantageusement supérieur à ceux, nA, de la couche 8 et nB. Des exemples de nature de couche 8 sont présentés dans le tableau 1 cidessous, pour différents exemples de gaz à détecter. L'épaisseur des couches 8, 9, 10 sera de préférence comprise entre quelques nanomètres (1 à 5nm de préférence) et quelques microns (1 à 10microns de préférence). Matériau de la couche Gaz détectables (d'après la littérature) autres que C4H10 sensible et 03 ZnO H2, CH4, SF6, cétones alcools, aldéhydes, TiO2 H2, alcools Polysiloxanes Hydrocarbures SnAcAc hydrogène, méthanol, éthanol, n-propanol n-butanol SnO2 CO, CH4 r NO2, H2 Tableau 1 Le butane (C4H10) et l'ozone (03) ont été spécifiquement testés avec les différents matériaux à disposition mentionnés dans ce tableau. La couche 9 peut être en un oxyde métallique. La couche 10 peut être en silice. Sur la figure 1, un prisme sert donc de moyen de couplage 15 entre l'onde incidente lia et le capteur 3. Sur la base d'une réalisation comme sur cette figure, les conditions de propagation montrent qu'il peut y avoir excitation du mode guidé et qu'un champ évanescent s'étend alors de part et d'autre du guide d'ondes 9. Ce champ 2871573 décroît de manière exponentielle et dépend des paramètres opto-géométriques de la couche et des milieux adjacents (couches 8 et 10). Si dans le milieu adjacent, comme ici, ou dans le guide d'ondes lui-même, comme évoqué ci-après, on trouve donc un matériau suffisamment sensible physicochimiquement au gaz à détecter, une variation de son indice de réfraction est alors observée et conduit à une perturbation mesurable du signal optique guidé. Avec un tel couplage de lumière dans un guide d'ondes à l'aide d'un prisme, on constate que le couplage à lieu pour des valeurs O de l'angle d'incidence {angle entre la direction du faisceau incident lla et la normale 35 à la face du prisme que rencontre l'onde 11a, le prisme 15 étant posé à plat sur les couches 5. Cet angle, appelé angle de synchronisme, est donné par la formule suivante: N=npsin arcsin i sin O, nP où N est l'indice effectif du guide d'ondes, np est l'indice de réfraction du prisme et Ap son angle au sommet. On en tire donc O: 9s = arcsin np sin r arcsin N \nP i On en déduit AO en fonction de An: 11 2871573 _ aresmi N AP nP / AN - N 2 n p sin arcsin AP nP) A es = np p Jn 2 N2 cos Le tableau suivant donne des valeurs de A05 pour un matériau testé au laboratoire (N=1.8944, np=2.5821 (indice de réfraction du prisme) , Ap=45 ) : AN AOs 0.1 0.148 0.01 0.015 0.001 0.02 La précision de mesure avec le montage est de l'ordre de 10-2 sur 0 (ici 8s), ce qui paraît bien adapté Io pour de si faibles variations de n (N dans ce cas). De plus, un avantage de cette solution est que la distance parcourue par la lumière dans le guide d'ondes est de l'ordre de la centaine de microns. L'interaction entre la lumière (moyen de mesure) et le matériau de la couche sensible 8 est donc assez importante, ce qui confère à ce procédé une bonne sensibilité. On aura compris que la variation de l'indice de réfraction est directement proportionnelle à la variation de l'angle 0 (ici Os). On aura également compris que la variation de l'indice de réfraction (An) est donc fonction de la présence du gaz à déterminer dans le matériau sensible 8 et que AN = 0 en l'absence de ce gaz. Après avoir cheminé dans les couches 5, l'onde optique ressort de ces couches puis du moyen de couplage (figure 1) et l'onde réfléchie correspondante lib passe 12 2871573 dans un moyen 17 d'évaluation de la présence ou de l'absence du gaz comprenant un moyen de détection 19 qui est en liaison optique avec le capteur 3 et travaille à au moins une longueur d'ondes déterminée. Le moyen de détection 19 consiste ici en une cible lumineuse qui est illuminée, lorsqu'un gaz est entré en contact avec le capteur 3, par l'onde optique 11b, laquelle marque alors la cible 19 à l'endroit de la ligne brillante 21, la longueur 1, parallèle à la direction 23 de circulation de l'onde optique dans le capteur 3 en mode guidé, matérialisant la distance suivant laquelle l'onde optique a circulé dans les couches 5. Le repère 25 marque quant à lui la ligne d'entrée de l'onde optique ila dans les couches sensibles 5 (la lumière devient absente pour la cible). On cherchera à ce que la longueur 1 soit relativement importante, typiquement entre quelques microns (10 à 100 microns a priori) et quelques millimètres, de manière à améliorer la fiabilité des mesures et la performance du capteur. Avant que le capteur réagisse ainsi en présence du gaz à détecter dans l'atmosphère 13, on aura préalablement paramétré le capteur 3, hors présence du gaz à détecter, de manière qu'ait été défini, et de préférence enregistré en mémoire, la ligne ou position de référence 27 sur la cible 19 correspondant à l'emplacement suivant la direction 23 de propagation de l'onde où cette onde disparaît au contact des couches 5, en l'absence du gaz à détecter. Et c'est donc cette grandeur 1 entre les lignes 25 et 27 qui va définir, pour certains couples de matériau sensible/gaz, l'absence (les lignes sont confondues) ou la présence (les lignes sont disjointes) dudit gaz à déterminer dans l'atmosphère 13, l'importance de la 13 2871573 distance 1 étant proportionnelle à la teneur de l'atmosphère 13 en gaz à détecter. En adjoignant des moyens électroniques de traitement et de calcul (calculateur) 29, associés à une mémoire d'un calculateur (dans laquelle on aura en particulier pu entrer la position de la ligne de référence sans gaz 27), on va pouvoir afficher sur l'afficheur 31 (par exemple un afficheur gradué à diodes), une indication sur la présence du gaz (au moins un barreau de diode allumé), voire fournir une donnée sur la teneur en gaz (le nombre de barreaux de diodes allumés étant fonction de la concentration en gaz). Bien entendu, d'autres moyens d'affichage et/ou de détection pourraient convenir. Ainsi pourrait-on prévoir que la cible 19 comprenne une photodiode 33 disposée entre les (à l'interface des) lignes 25 (ou 27) et 21, de manière qu'une déviation (par exemple en 25) de la ligne de référence 27 due à la présence du gaz à détecter soit décelée par la photodiode et transmise à l'afficheur 31, via éventuellement le calculateur 29. Les moyens de détection en liaison optique avec le capteur optique 3 pourront donc définir des moyens d'évaluation/détection, et de préférence de mesure, en particulier d'angle (A05) ou de déplacement (Al). Pour évaluer la présence du gaz recherché dans l'atmosphère 13, on a également pourvu le capteur 3 de moyens 80 de relevé de la conductivité électrique disposés au contact du matériau sensible en couche mince, 8. Ces moyens de relevé 80 sont ici définis par un peigne d'électrodes interdigitées 80a,80b (figure 2) plaqué localement entre les couches 8 et 9 au contact. Des moyens 81 pour détecter, voire mesurer, la possible variation intervenue dans la conductivité électrique du matériau 8 sont reliés aux bornes 83a,83b du peigne d'électrodes. Il peut s'agir d'un ohmètre ou autre moyen de mesure électrique connu, par exemple décrit dans US5733506 ou US6113859 et/ou permettant une mesure de conductivité, voire de résistance électrique. Les couches 8,80,9,10 sont empilées. Le moyen 80 de relevé de la conductivité électrique peut être un composé métallique. Il peut s'agir d'un semi-conducteur. Figure 2, il se présente comme un dépôt mince de platine pouvant avoir une surface de 4x4 mm2, en forme donc de- lames imbriquées et interposé localement entre les couches 8 et 9. Le dépôt peut s'opérer par lift off sur un substrat de verre ou de silicium, par exemple. L'épaisseur de ce peigne peut être de quelques dizaines de nanomètres, avec une largeur de 50 microns et une distance entre électrodes de 10 microns. Ces faibles dimensions permettent d'accroître le niveau du signal obtenu aux bornes 83a,83b. Ce moyen de relevé 80 s'étend sur une partie seulement de la surface de la couche 8. La couche de revêtement 8 peut être de quelques centaines de nm déposés par pulvérisation cathodique ou par ablation laser, par exemple. Le moyen de relevé 80 s'étend au dessus ou en dessous d'une partie de la surface de la couche 8a sensible au gaz. Dans le cas de la figure 3, une couche 9b guide d'ondes et une couche 8b de matériau sensible au gaz à détecter ont été successivement déposées sur un substrat support 7, par exemple en verre ou en silicium. Un espace 36 pour la circulation de l'atmosphère gazeuse ambiante (donc potentiellement du gaz à détecter) est réservé entre la surface libre 80b1 de la couche 8b et la base en regard 15a du prisme 15. Les indices de réfraction nS du substrat, nG de la couche 9b guide d'ondes et nA de la couche active 8b sont tels que nG supérieur à nA et nG supérieur à nS. L'épaisseur de espace libre 36 est typiquement compris de l'ordre de 0,05 à 0,5 micron. Des écarteurs 38 maintiennent cet espace. Ils peuvent prendre appui sur le substrat 7. L'illumination peut se faire comme sur la figure 1, de même pour la détection (moyens 17,31,33). Le moyen de relevé 80, pour la partie résistive du capteur, s'étend localement entre les couches 8b et 9b, donc au contact de la couche 8b. Plutôt que couche adjacente on peut prévoir, en matériau sensible 8a, en contact par ailleurs avec l'atmosphère ambiante 13 où le gaz à détecter se trouve, définisse elle-même une couche guide d'ondes. Pour cela, il faut que l'indice de réfraction nA de cette couche 8a soit supérieur à ceux nGA de la couche (ici gazeuse, 36 -atmosphère 13-, entre la base 15a du prisme et la couche 8a) et nS du substrat support 7, l'indice de réfraction nP du prisme étant quant à lui toujours supérieur à tous les autres (nS, nGA, nA). Dans cette réalisation, la couche sensible au gaz et guide d'onde 8a a donc été déposée sur un substrat support 7, par exemple en silicium, et un espace bas indice 36 d'atmosphère gazeuse ambiante a été réservé entre la surface libre 80a1 de la couche 8a et la base en regard 15a du prisme 15. On obtient ainsi toujours l'onde évanescente sous le prisme. Le moyen de relevé 80 s'étend ici en surface extérieure d'une partie de la couche 8a sensible au gaz, de réaliser le guide d'ondes dans une à la couche sensible au gaz à détecter, comme sur la figure 4, que la structure dans l'exemple en regard de l'espace libre 36, même si un dépôt direct sur le substrat 7 paraît techniquement plus approprié. Figure 5, les moyens 80 de relevé de la conductivité électrique du matériau en couche mince 8 s'étendent à l'endroit d'une première zone 40a de la couche mince, à côté de laquelle une seconde zone 40b de cette couche mince est réservée pour recevoir l'onde optique et assurer sa liaison optique avec les moyens de détection optique 17, via ici le coupleur 15 (prisme). La flèche 42 dans le plan général des couches schématise l'onde guidée. La partie optique 40b est par exemple un carré de 5x5 mm2 de côté. Elle est constituée du même matériau sensible 8 que la partie résistive 40a. Ce matériau à haut indice de réfraction par rapport aux autres couches (ici de préférence entre 1,8 et 2,2 et avantageusement 1,9 et 2,1) fait office de guide d'onde. Il peut avoir été déposé en même temps sur toute la couche 8, à même un substrat support 7. On retrouve l'espace libre ( gap ) d'atmosphère gazeuse 36 entre la base du prisme 15 et la couche 8. Le substrat 7 peut être en silicium recouvert de silice thermique en 7a, à l'interface entre le substrat et la couche 8, avec localement interposition du peigne 80. Un réseau de diffraction peut, en substitution d'un prisme, réaliser le couplage optique de la lumière dans le guide d'ondes. Sur la figure 6, une couche 37 de matériau sensible au gaz à détecter et guide d'ondes est disposée au-dessus 30 d'un substrat 39. Des exemples de couches en matériau sensible au gaz se trouvent à nouveau dans le tableau 1. Le substrat 39 est transparent, par exemple en silice, verre ou silicium oxydé (Si02). Son indice de réfraction nS est inférieur à celui de la couche de matériau sensible au gaz à détecter. Un réseau de diffraction 41 est gravé dans le guide d'ondes sensible, à l'interface entre la couche sensible 37 et le milieu ambiant 13, pour réaliser donc le couplage optique recherché entre l'onde incidente lia issue de la source 1 et le capteur 43 ainsi réalisé. L'avantage de cette solution par rapport à un couplage par prisme, réside, outre dans l'intégration du moyen de couplage, dans la possibilité de regarder le décalage de la ligne de mode en présence de gaz dans le faisceau transmis 11c ou réfléchi. La mesure de l'angle s'effectue de la même manière que pour le coupleur à prisme 15. La relation qui lie l'angle de synchronisme 0 (par rapport à la normale 35a au plan moyen du réseau 41), à la longueur d'onde du faisceau au pas du réseau A, à l'indice de réfraction du guide n, son indice effectif (en mode guidé) N est, pour l'ordre zéro: 2871573 20 On en déduit: N=sin8- - A aN 11z N-- Le tableau suivant donne des valeurs de A0 pour un au laboratoire (N=1. 84071, n=2.07, AN A0 0.1 0.1034 0.01 0.0103 0.001 0.0010 réseau testé A=360 nm) : 18 2871573 Cette méthode de mesure est comparable à la précédente en termes de précision sur la mesure. A cet égard, le système de détection associé à un tel capteur repéré globalement 43 sur la figure 6 peut être identique à celui présenté en relation avec la figure 1, avec donc un moyen de détection 19 dont le décalage dans l'illumination de la cible par le faisceau réfléchi llb peut être détecté par une photodiode 33 reliée si nécessaire par exemple à l'afficheur 31. Un réseau de diffraction pourrait également être utilisé sur des couches telles que 8 et 9 présentées en relation avec la figure 1, avec donc dissociation entre la couche guide d'ondes et celle en matériau sensible au gaz et donc placée à son contact. On aurait alors successivement la couche en matériau sensible avec sa surface libre entaillée par le réseau, la couche guide d'ondes puis le substrat support. Les indices de réfraction seraient tels que nG supérieur à nS et nG supérieur à nA. Sur la figure 6, on retrouve encore le moyen de relevé 80 qui s'étend localement entre les couches 37 et 39 La figure 7 schématise que l'on peut bien sûr, comme de manière générale, décaler latéralement les zones de rélevé optique 40b et résistif 40a. Les électrodes métalliques constituant le peigne de relevé 80 sont reliées aux moyens 81 détecteur de la possible variation intervenue dans la conductivité électrique du matériau 37. Ici, cette couche sensible 37 recouvre le peigne 80 à l'endroit d'une fenêtre de dépôt 80c et s'étend par contre entièrement et continûment sur la zone adjacente 40b de relevé optique. Ce recouvrement partiel de la partie résistive 40a peut être reproduit sur les autres modes de réalisation où ces parties sont côte à côte. Dans les cas comme ci-avant d'ondes guidées, il est prévu que le facteur d'absorption optique A dans la couche sensible soit faible, inférieur à 5. 10-4 et de préférence à 10-4, quel que soient le matériau sensible au gaz à détecter utilisé et la/les longueur(s) d'ondes de détection. Un réseau de diffraction peut aussi être utilisé en configuration d'espace libre, donc sans mode guidé. On regardera alors le décalage angulaire des ordres de diffraction d'un réseau. Ce décalage angulaire est directement relié à la variation An de l'indice de réfraction du réseau si celui-ci est sensible au gaz à détecter. Ainsi, sur l'illustration de la figure 8, un substrat transparent 45, par exemple en verre est recouvert par une couche de matériau sensible au gaz à détecter, 47 (qui ne constitue donc pas ici un guide d'ondes). Un réseau de diffraction 49 est gravé dans cette couche 47, à l'interface avec l'atmosphère gazeuse ambiante 13. Des exemples de couches en matériau sensible au gaz se trouvent encore dans le tableau 1. Les épaisseurs correspondent à celles précitées. Dans l'exemple illustré, le capteur de gaz 51 ainsi réalisé est illuminé par une onde optique incidente lia issue de la source 1. Le décalage des différents ordres de diffraction du réseau est montré. Avec un couple gaz/matériau sensible et des conditions appropriées, les angles de diffraction des ordres (par rapport à la normale 35a au plan moyen du réseau 49) 01,02,9-1,et.0-2 se décalent, et il est possible de relier ce décalage à la quantité de gaz en présence, par exemple de la même manière que précédemment. Les électrodes métalliques constituant le peigne de relevé 80 s'étendent localement entre les couches 47 et 45. Sur la figure 9, le capteur optique intrinsèque de gaz 60 présenté est fondé sur l'utilisation d'un guide d'ondes planaires intégré que l'on peut désigner comme un interféromètre MACH-ZEHNDER comprenant des parties terminales 61a1, 61a2 finissant en pointes. Des gaz et vapeurs peuvent être détectés lorsque l'indice de réfraction change à la suite de l'absorption ici de molécules organiques dans la couche sensible 62, ici une couche mince d'hétéropolysiloxane (DPMS) déposée sur le bras de mesure liai de l'interféromètre. Le principe est de séparer en deux chemins optiques différents, par deux guides d'ondes, llal,lla2, une source lumineuse cohérente et de les réunir afin de créer des interférences sur un écran, ou, dans notre cas, un détecteur. L'un des deux bras est localement sensible (en 62a) au milieu extérieur 13. On constate en particulier que le champ évanescent de la structure à guide d'onde optique 65 peut être utilisé pour obtenir un capteur chimique sensible avec par exemple une longueur d'interaction de plusieurs centimètres. Deux avantages à l'interféromètre ici considéré, en particulier: le signe de la variation de la différence de chemin optique entre les deux bras liai, 11a2 est donné par la direction du déplacement des franges et la mesure est a priori non perturbée par la variation de l'intensité de la source lumineuse (ici la source laser 1) et d'autres paramètres externes (température, vibrations, ...). A noter également qu'à la fois le signe et la valeur du décalage de phase optique peuvent être mesurés. Dans la réalisation présentée, un bras (liai) a donc été recouvert d'hétéropolysiloxane (HPS) en tant que film de strate de surface. Lorsque des hydrocarbures organiques sont en contact avec cette superstructure, les molécules peuvent être absorbées dans le polymère 62 et changer son indice de réfraction, en fonction de la concentration en gaz. Dans l'interféromètre illustré, et globalement symétriquement par rapport à l'axe 60a, le faisceau de la source lumineuse a d'abord été couplé avec le guide d'ondes unimode 65 (fibre optique) puis divisé en deux faisceaux par une jonction en Y, 67. Chaque faisceau lumineux se propage ensuite dans un guide d'ondes unimode 11a1, lla2 courbe puis dans une section effilée 61a1, 61a2 qui resserre les guides vers l'axe, de sorte que chaque guide d'ondes est ainsi arqué, les deux guides d'ondes s'écartant d'abord à partir de la jonction en Y, puis se rapprochant finalement dans la partie terminale effilée qui transforme le faisceau confiné en un faisceau colimaté, dès lors que la géométrie d'effilement a été choisie en conséquence. Pour obtenir des ondes collimatées avec une faible divergence, le mode d'ordre le plus bas de la structure devrait se propager à travers la zone d'effilement, a priori sans transfert de puissance vers des modes locaux d'ordre supérieur. Après les guides d'ondes effilés, les faisceaux optiques se propagent dans un guide d'ondes planaire 68, de sorte que les champs sont alors seulement confinés dans la direction X (axe 60a). Le réseau d'interférences obtenu en sorte a été analysé et observé dans le plan X, Y (Y perpendiculaire à x). 22 2871573 Concernant la fabrication de intégrée illustrée, il s'agit d'une d'ions sur du verre. Un tel échange composition chimique du verre et indice de réfraction. Une couche mince d'aluminiumla structure optique technologie d'échange modifie localement la par conséquent, son a été tout d'abord évaporée sur la surface du substrat 63. Ensuite, en utilisant une technique classique de photolithographie (pouvant comprendre en particulier une gravure chimique), le masque du dispositif a été transféré sur la surface du substrat. La largeur du canal du masque peut être de quelques micromètres. Après la gravure chimique, la largeur finale du masque d'aluminium était légèrement supérieure. L'échange ionique a alors été réalisé ; on peut recourir à un mélange de KNO3 pur à une température de l'ordre de 400 à 500 C, en réservant un temps de diffusion de l'ordre de 20 à 25 minutes. Les guides d'ondes ont été ensuite recouverts d'une fine couche de pyrex de quelques microns déposée par diffusion cathodique (cathodic sputtering), sauf à l'endroit de la fenêtre d'interaction 62a qui peut avoir quelques dizaines de millimètres de long sur le bras de mesure. Cette zone d'ouverture peut être fabriquée par une technique d'enlèvement (lift-off). L'intensité de l'onde lumineuse en sortie a été analysée en utilisant une caméra CCD, 69, typiquement une caméra TV infrarouge (IR TV camera), disposée axialement. La mesure du déphasage peut en particulier se réaliser par une méthode de corrélation d'images puisque la variation de phase résulte dans un décalage spatial des franges d'interférence, via le calculateur 29 qui peut encore être relié à l'afficheur 31. Concernant le choix de la strate de surface 62 (revêtement polymère en l'espèce), on conseille qu'il s'agisse d'une matière non volatile (non pas un gaz), de préférence avec une caractéristique d'adhésion permettant de le maintenir sur le substrat 63 de verre en l'espèce, en permettant à des vapeurs de diffuser par interaction sélective avec les sites contenus dans sa structure. De plus, il s'agit d'une strate transparente pour la longueur d'onde utilisée et de préférence homogène pour prévenir une dispersion de lumière à l'interface avec la strate de matériau sensible ici également guide d'ondes. Son indice de réfraction est de préférence légèrement inférieur à celui du substrat. Dans l'exemple, l'épaisseur du revêtement polymère (fenêtre de mesure) est de l'ordre de quelques microns et sa longueur de l'ordre de deux à trois centimètres. Dans les conditions d'expérimentation, une présence d'hydrocarbures a été détectée dans de l'air, à température et pression ambiantes. Sur la figure 10, on voit que la couche mince 62 de DPMS a été déposée à la fois sur la fenêtre d'interaction 62a et au dessus des électrodes interdigitées 80a, 80b du moyen 80 de relevé de la conductivité électrique du matériau 62. Ainsi on va une nouvelle fois pouvoir détecter, via la caméra 69 et le détecteur de (variation de) conductivité 81 (figures 9 et 10), si sous l'effet du gaz à détecter, l'indice de réfraction de la couche 62 dans la fenêtre d'interaction 62a et/ou sa conductivité électrique ont varié. En présence de gaz, l'indice de réfraction de la partie sensible peut en effet être modifié et perturber les conditions de propagation dans le guide d'onde, cette perturbation entraînant un décalage de la figure d'interférence (variation de phase) décelable par un détecteur. Encore une solution pour détecter ou discriminer optiquement un gaz par variation de l'indice de réfraction d'un matériau sélectif, consiste à relever, voire mesurer, la variation du coefficient de réflexion R ou de transmission T d'une onde optique, via donc une mesure de flux ou d'intensité lumineuse. Comme illustré figure 11, une onde incidente lla est pour cela envoyée sur une couche mince supérieure 71 en matériau sensible au gaz à détecter dont l'indice de réfraction varie donc en présence du gaz à détecter. La couche mince 71 a été déposée par exemple par pulvérisation cathodique, sur un substrat transparent vis-à-vis de l'onde 11a, par exemple en verre, 73. Au capteur correspondant 70 est associé le détecteur 17 présenté ci-avant et par exemple à l'afficheur à diodes 31, ceci pour une détection sur l'onde réfléchie lib et/ou sur l'onde transmise llc après passage à travers le capteur 70. La photodiode 33 joue alors le rôle de détecteur d'intensité lumineuse de l'onde sortie du capteur, en lieu et place de celui de détecteur angulaire ou de position notamment de la figure 1. Les moyens 80 de relevé de la conductivité reliés à l'ohmètre 81 sont intreposés localement entre les couches 25 71 et 73 au contact. S'il y a une variation détectable de l'indice de réfraction n de la couche 71 du fait de la présence du gaz dans cette couche, une variation des coefficients de réflexion R et de transmission T de cette couche est notée, suivant les expressions suivantes, données ici en incidence normale: (n-1\2 n +1 et T= n+1 R= On en déduit les variations AR et AT de respectivement R et T en fonction de An et par rapport à une situation sans gaz détecté, telles que: AR=4 n-1 An et AT=- 2 An (n + 1)3 (n + 1)2 Le tableau suivant donne un ordre de grandeur de la variation de AR et AT en fonction de An: On AR A T 0.1 0.0148 0.2217 0.01 0.0015 0.0222 0.001 0.0002 0.0022 Dans la réalité on s'attend à des variations de n de l'ordre de 10-3 et l'on voit dès lors que ce type de mesure parait moins adapté à des modifications aussi faibles étant donné la technologie actuelle. Sur les figures, les capteurs s'étendent globalement dans des plans. Toutefois, des surfaces quelconques peuvent être prévues. Dans tous les cas, une disposition compacte empilée 20 ou côte à côte des zones optiquement sensible et électriquement sensible est possible. Les gaz détectés (ou détectables) peuvent être de différentes natures, telles que Ox, NOx, CO, Sox, alcanes, COV, les matériaux sensibles étant donc sélectionnés en conséquence et pouvant aussi être des matériaux fonctionalisés ou dopés ou encore des nanomatériaux. A noter également que dans le cas d'une onde guidée dans le capteur, le guide d'onde peut donc être distinct 26 2871573 ou non de la couche de matériau sensible au gaz à détecter et que le moyen 80 de relevé de la conductivité électrique disposé au contact du matériau sensible en couche mince peut s'étendre tant d'un côté que de l'autre d'une partie de la surface de la couche sensible au gaz (voir par exemple figures 1 et 4 ou 3 et 4), même si le dépôt sur substrat des figures notamment 5 et 6 est préféré (photolitogravure en particulier). 27 REVENDICATIONS 1. Détecteur d'un gaz déterminé, comprenant: - un capteur hybride (3, 41 51,60,70) électrique et optique comprenant un matériau en couche mince (8,8a,8b,37,47,62,71), sensible audit gaz, laissant passer une onde optique (11a,llal) lorsqu'il est mis en liaison optique avec une source (1) d'onde optique et présentant, lorsqu'il est en outre mis en communication gazeuse avec une atmosphère ambiante (13) susceptible de renfermer ledit gaz à détecter: * un indice de réfraction (n,N) qui varie sous l'effet du gaz à détecter dont la présence au contact du matériau perturbe donc les conditions de propagation de l'onde optique * et/ou une conductivité électrique qui varie sous l'effet du gaz à détecter en contact avec ledit matériau en couche mince, des moyens (80) de relevé de cette conductivité électrique étant disposés au contact du matériau en couche mince, - des moyens (17,19,31,81) d'évaluation de la présence du gaz, comprenant au moins l'un parmi: * des moyens (19,31) de détection d'une perturbation optique pour détecter, et de préférence mesurer, la possible perturbation intervenue sur l'onde optique sous l'effet d'une variation de l'indice de réfraction du matériau en couche mince (8,8a,8b,37,47,62,71) en présence dudit gaz, et * des moyens (81) de mesure électrique reliés aux moyens de relevé (80) de la conductivité électrique du matériau en couche mince, pour détecter, et de préférence mesurer, la possible variation intervenue dans la conductivité électrique dudit matériau en couche mince sous l'effet dudit gaz. 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de relevé (81) de la conductivité électrique dudit matériau en couche mince(8,8a,8b,37,47,62,71) s'étendent à l'endroit d'une première zone (40a) de cette couche mince à côté de laquelle une seconde zone (40b) de cette couche mince est réservée pour recevoir l'onde optique et assurer sa liaison optique avec lesdits moyens de détection optique (17). 3. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur comprend, empilés, un substrat, les moyens (80) de relevé de la conductivité électrique dudit matériau en couche mince (8,8a,8b,37,47,62,71) et cette couche mince en matériau sensible audit gaz à détecter. 4. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de relevé de la conductivité électrique du matériau (8,8a,8b,37,47,62,71) comprennent un peigne d'électrodes interdigitées. 5. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite couche mince(8a,37,47) comprend un matériau faisant office de guide d'ondes lorsqu'il est éclairé par ladite onde optique (lla). 6. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen (15,41,49,62a) de couplage optique pour la liaison optique entre la source optique (1) et le capteur (3,43, 51,60). 7. Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen (15, 41,49) de couplage optique comprend l'un parmi un prisme (15), un guide d'ondes dans un interféromètre (60) et un réseau de diffraction (41,49). 8. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection de la perturbation intervenue sur l'onde optique sous l'effet de la variation de l'indice de réfraction du matériau en couche mince comprennent des éléments (19) de détection de la variation de la transmission et/ou de la réflexion de l'onde dans le capteur, sous l'effet dudit gaz à détecter. 9. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (17,19,60) de détection de la perturbation intervenue sur l'onde optique sous l'effet de la variation de l'indice de réfraction du matériau en couche mince comprennent l'un au moins parmi un moyen de mesure du flux de l'onde optique, un interféromètre (60) et un moyen de mesure de la déviation de l'onde optique dans le capteur sous l'effet dudit gaz. 10. Détecteur selon la revendication 2 ou l'une des revendications s'y rattachant, caractérisé en ce que les première et seconde zones (40a,40b) du matériau en couche mince sont juxtaposées sur un substrat commun. 11. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau en couche mince (8a,37,47) définit un guide d'ondes pour l'onde optique. 12. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 30 10, caractérisé en ce que le capteur comprend en outre une couche guide d'ondes (9,9b). 13. Procédé de détection d'au moins un gaz déterminé dans une atmosphère ambiante (13), le procédé comprenant des étapes dans lesquelles: - on expose au contact de cette atmosphère un capteur hybride, optique et électrique comprenant un matériau en couche mince(8,8a,8b,37,47,62,71), sensible audit gaz et présentant: * un indice de réfraction qui varie sous l'effet du gaz à détecter dont la présence au contact du matériau perturbe donc les conditions de propagation de l'onde optique dans le capteur, * et/ou une conductivité électrique qui varie sous l'effet du gaz à détecter en contact avec ledit matériau en couche mince, - on met en liaison optique ce matériau en couche mince et une source optique (1), - et on détecte une perturbation intervenue sur l'onde optique sous l'effet de la variation de l'indice de réfraction dudit matériau en couche mince en présence du gaz à détecter et/ou une modification de la conductivité électrique de ce matériau en couche mince.