Brevet FR2930035A1 — publié le 20091016

B09-0497FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Système de détection à capteur de gaz à fibre Invention de : XIA Hua GOLDMEER Jeffrey Scott MCCARTHY Kevin Thomas KUMAR Aditya ANNIGERI Ravindra YILMAZ Ertan TAWARE Avinash Vinayak ZHAO Yu Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 28 mars 2008 sous le n° 12/057.446 1 Système de détection à capteur de gaz à fibre La présente invention concerne de façon générale les systèmes de détection et les capteurs et, plus particulièrement, un système de détection comprenant une matrice de capteurs de gaz à fibre à base de réseau qui réalisent une mesure de concentration d'un gaz corrigée d'après la température. On construit aujourd'hui des systèmes de production d'électricité qui comprennent des turbines utilisant comme combustible du Syngas (mélange d'hydrogène (H2) et de monoxyde de carbone (CO)). Le Syngas peut être produit à l'aide d'une installation de gazéification de charbon ou d'autres procédés industriels. Par ailleurs, les turbines à gaz peuvent aujourd'hui utiliser un mélange de gaz naturel (GN) et de H2 comme combustible pour produire de l'électricité afin d'améliorer la disponibilité, le rendement et la réduction des émissions. Normalement, les flux de combustible utilisés par les turbines pourraient contenir du gaz naturel (GN), principalement composé de méthane (CH4), des diluants tels que l'azote (N2) et du monoxyde de carbone (CO) et du dioxyde de carbone (CO2) ainsi que des hydrocarbures à poids moléculaire supérieur tels que l'éthane (C2H6) et le propane (C2H8). Un combustible contenant de l'hydrogène pourrait être constitué par un mélange d'un faible pourcentage de H2 dans du gaz naturel, ou de forts pourcentages de H2 dans du GN et/ou d'autres diluants, ou par un mélange tel que le Syngas, à savoir H2 avec CO. Pour de telles applications, il devient essentiel de contrôler la composition du combustible brûlé afin de pouvoir maîtriser efficacement son incidence sur la puissance délivrée et le rendement des turbines. En particulier, quand on utilise comme combustible pour turbine à gaz du Syngas riche en H2 ou un mélange de GN et de H2, il convient que la composition du combustible soit contrôlée pendant la marche afin qu'elle puisse être régulée en vue de performances de combustion requises dictées par des exigences de puissance délivrée, d'émissions et de rendement. Les techniques existantes pour la détection de H2 sont en grande partie inappropriées, pour plusieurs raisons, pour un contrôle direct, pendant la marche, de la concentration de H2 ou de la composition. Une première raison est que, du fait de la forte concentration de H2, ces capteurs de gaz combustible selon la technique antérieure viennent à être saturés. Seuls des instruments spectroscopiques tels qu'un chromatographe, un spectromètre de masse, un spectroscope Raman, un spectromètre CRDS et autres peuvent servir pour une mesure en différé, et non en temps réel, de concentration de H2 ou de composition. En même temps, la difficulté de la mise en service de tels capteurs spectrométriques volumineux et spécialisés est évidente dans les atmosphères agressives d'une installation de gazéification de charbon et du Syngas ou de chambres de combustion de gaz naturel pour un contrôle/une analyse en temps réel, pendant la marche, de la qualité du combustible. Bien qu'il existe plusieurs capteurs de gaz combustible selon la technique antérieure, notamment des dispositifs à infrarouges, électrochimiques, à semiconducteurs MOS pour la détection de gaz combustibles, ou bien ceux-ci ne sont pas sensibles à l'hydrogène gazeux ou bien ils sont saturés par la forte concentration, ou encore ils ne peuvent pas être mis en oeuvre dans les atmosphères agressives. D'autres procédés optiques tels que l'absorption laser dans le proche infrarouge, à base de champ évanescent de fibres optiques, ont été mis au point pour l'analyse de Syngas riche en H2. En général, ces dispositifs de détection de gaz nécessitent un milieu transparent et l'installation d'organes optiques thermosensibles. On a donc besoin de proposer une solution pratique pour l'analyse du Syngas, pendant la marche, pour des performances de production d'énergie dans un environnement tel qu'une turbine à gaz, une chambre de combustion, un gazéifieur, etc., ainsi que pour une régulation et une optimisation du rendement de production d'électricité. Selon un premier aspect, un capteur de gaz à fibre comprend un coeur de fibre ayant un axe horizontal ; une première structure de réseau à modulation périodique d'indice de réfraction, ayant un premier profil de modulation d'amplitude, disposée autour du coeur de fibre pour détecter une concentration ponctuelle de gaz ; une seconde structure de réseau à modulation périodique d'indice de réfraction, ayant un second profil de modulation d'amplitude, disposée autour du coeur de fibre à une certaine distance, sur l'axe longitudinal, de la première structure de réseau à modulation périodique d'indice de réfraction, pour détecter une température ponctuelle ; une gaine de fibre disposée autour des première et seconde structures de réseaux à modulation périodique d'indice de réfraction ; et une couche de détection disposée autour de la gaine de fibre de la première structure de réseau à modulation périodique d'indice de réfraction, la couche de détection contenant un matériau de détection fait d'un groupe composé de nano-PdOx, de nano-Pd(x)Au(y)Ni(1-x-y) et de nano-Pd/Au/WOx, le capteur de gaz étant apte à réaliser une détermination, corrigée d'après la température, de la concentration ponctuelle de gaz. Selon un autre aspect, un capteur de gaz à fibre comprend un coeur de fibre ayant un axe longitudinal ; une structure de réseau à longue période dans la fibre, ayant un premier profil de modulation d'amplitude, disposée autour du coeur de fibre pour détecter une concentration ponctuelle de gaz ; une structure de réseau à courte période dans la fibre, ayant un second profil de modulation d'amplitude, disposée autour du coeur de fibre à une certaine distance, sur l'axe longitudinal, de la structure de réseau à longue période dans la fibre pour détecter une température ponctuelle ; une gaine de fibre disposée autour des structures de réseaux à longue période et à courte période dans la fibre ; et une couche de détection disposée autour de la gaine de fibre de la structure de réseau à longue période dans la fibre, la couche de détection contenant un matériau de détection fait d'un groupe composé de nano-PdOx, de nano-Pd(x)Au(y)Ni(1-x-y) et de nano-Pd/Au/WOx, le capteur de gaz étant apte à réaliser une détermination, corrigée d'après la température, de la concentration ponctuelle de gaz. Selon encore un autre aspect, un système de détection comprend au moins un capteur de gaz à fibre ; un connecteur FC/APC coopérant avec chaque capteur de gaz à fibre ; et un séparateur/combineur optique et/ou un commutateur optique coopérant avec le connecteur FC/APC. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de détection comprenant un capteur de gaz à fibre (CGF) selon l'invention pour contrôler les conditions et/ou les paramètres de fonctionnement d'un système de production d'énergie ; -la figure 2 est une vue schématique du capteur de gaz à fibre de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue partielle en coupe d'une structure de réseau à longue période (RLP) du capteur de gaz représenté sur la figure 2; - la figure 4 est une vue schématique d'une méthode de répartition du capteur de gaz à fibre (CGF) pour une détection multipoint de gaz dans un système de détection de gaz par réflexion ; - la figure 5 est une vue schématique d'une méthode de répartition du capteur de gaz à fibre (CGF) pour une détection multipoint de gaz dans un système de détection de gaz par transmission ; - la figure 6 est une représentation graphique de la longueur d'onde, en fonction du temps, pour un signal émis par l'intermédiaire du capteur de gaz à fibre selon l'invention pour une concentration de 75 % de H2 en mélange avec N2 à 55°C (131°F) ; - la figure 7 est une représentation graphique du décalage en longueur d'onde à différentes concentrations d'hydrogène à une température élevée avec le capteur de gaz à fibre selon l'invention ; - la figure 8 est une représentation graphique de la puissance de transmission, en fonction du temps, pour un signal émis par l'intermédiaire du capteur de gaz à fibre selon l'invention pour une concentration de 75 % de H2 en mélange avec N2 à 55°C (131°F) ; - la figure 9 est une représentation graphique du délai de réponse du capteur de gaz à fibre selon l'invention pour différentes concentrations d'hydrogène à une température élevée ; - la figure 10 est une représentation graphique du délai de rétablissement du capteur de gaz à fibre selon l'invention pour différentes concentrations d'hydrogène à une température élevée ; - la figure 11 est une représentation graphique de la réponse de décalage en longueur d'onde du capteur de gaz à fibre selon l'invention, induite par un combustible contenant environ 5 % d'hydrogène en mélange avec CH4 et d'autres hydrocarbures gazeux à environ 40°C (104°F) ; - la figure 12 est une représentation graphique de la réponse de perte de puissance de transmission du capteur de gaz à fibre selon l'invention, induite par un combustible contenant environ 5 % d'hydrogène en mélange avec CH4 et d'autres hydrocarbures gazeux à environ 40°C (104°F) ; - la figure 13 est une représentation graphique du décalage de longueur d'onde du capteur de gaz à fibre selon l'invention, induit par un combustible contenant environ 50 % de H2 en mélange avec environ 50 % de gaz naturel (GN) à la température de l'environnement ; - la figure 14 est une représentation graphique du décalage de longueur d'onde du capteur de gaz à fibre selon l'invention, induit par un combustible contenant environ 52 % de H2 en mélange avec environ 52 % de gaz naturel (GN) à la température de l'environnement ; et - la figure 15 est une représentation graphique d'un système de commande d'alimentation en combustible pour une turbine à gaz utilisant le capteur de gaz selon l'invention. Considérant maintenant la figure 1, il y est représenté schématiquement un système de détection 10 selon l'invention. Globalement, le système de détection 10 comprend une source de lumière 12 telle qu'une source de lumière accordable, à large bande, en communication optique avec un coupleur ou un circulateur optique 14. Le coupleur optique 14 reçoit la lumière émise depuis la source de lumière 12 et transmet une partie de la lumière par l'intermédiaire d'un câble 16 à fibre optique. La lumière passant par le câble 16 à fibre optique entre dans un ou plusieurs capteurs de gaz à fibre (CGF), représenté globalement en 20, selon l'invention. Un photodétecteur 22 disposé en aval du capteur 20 de gaz à fibre reçoit la lumière émise depuis le capteur 20 de gaz par l'intermédiaire d'un câble 24 à fibre optique. Une partie de la lumière réfléchie par le coupleur optique 14 est également reçue par le photodétecteur 22 par l'intermédiaire d'un câble 26 à fibre optique. Le signal optique produit par le/les capteurs 20 de gaz à fibre est traité et/ou transmis à un ordinateur 28. Dans une forme de réalisation, une interface radioélectrique 30 transmet à l'ordinateur 28 des signaux électriques générés par le photodétecteur 22 en réponse aux signaux optiques reçus du/des capteurs 20 de gaz à fibre. Le CGF 20 contrôle les conditions et/ou paramètres de fonctionnement d'une installation de production d'électricité (non représentée), telle qu'une turbine à gaz, une chambre de combustion, un gazéifieur de charbon et autre. Ces conditions et/ou paramètres de fonctionnement comprennent, mais d'une façon nullement limitative, les températures internes, les pressions et/ou la présence et les niveaux de concentration de gaz de combustion produits à l'intérieur de l'installation. Un système de commande (non représenté), tel qu'un système de commande de turbine à gaz, communique, à des fins de commande de fonctionnement, avec un/des capteurs 20 de gaz pour recevoir des signaux générés par suite de la détection faite par le/les capteurs et pour commander le fonctionnement de l'installation afin de réduire les émissions et d'améliorer le rendement de production d'électricité en commandant le rapport combustible/air dans les brûleurs et/ou le débit d'air total vers le système de turbine. Dans une forme de réalisation, le rendement est optimisé en réduisant l'encrassement et/ou les scories, par exemple à l'aide des températures, déformations ou pressions détectées afin de détecter une quantité de scories et/ou un niveau d'encrassement. Dans une autre forme de réalisation, le rendement est optimisé en maintenant un bon rapport combustible/air, par exemple en utilisant la concentration d'hydrogène gazeux ou la concentration de gaz naturel détectée pour commander le processus de combustion. Considérant maintenant la figure 2, il y est représenté le capteur 20 de gaz à fibre selon une forme de réalisation de l'invention. Globalement, le capteur 20 de gaz à fibre comprend un coeur central 32 de fibre, constitué de silice codopée au GeO2 et au F, qui s'étend sur un axe longitudinal 34 et a un diamètre d'environ 5 micromètres à environ 9 micromètres. Le coeur 32 de fibre comporte deux réseaux à modulation périodique d'indice de réfraction ayant des profils de modulation d'amplitude différents, apodisés et/ou blazés, pour accroître le couplage du mode guidé dans le coeur aux modes de la gaine. Dans une forme de réalisation, l'un des réseaux à modulation périodique d'indice de réfraction est constitué par une structure 36 de réseau à longue période (RLP) dans la fibre disposée autour du coeur 32 de fibre et l'autre réseau est constitué par une structure 38 de réseau à courte période dans la fibre disposée autour du coeur 32 de fibre à une certaine distance, sur l'axe longitudinal, de la structure 36 de réseau à longue période. Dans une forme de réalisation particulière, la structure 38 de réseau à courte période est constituée par une structure 38 de réseau de Bragg dans la fibre (RBF) qui a de grandes performances de stabilité thermique. Une gaine 40 de fibre, en silice pure, est disposée dans la direction circonférentielle autour du coeur 32 de fibre et a un diamètre extérieur d'environ 125 micromètres. Dans une forme de réalisation, la gaine 40 de fibre est conçue pour servir de guide d'onde pour la propagation de la lumière dans le coeur 32 de fibre. La source accordable 12 de lumière à large bande communique optiquement avec le câble 16 à fibre optique et émet une lumière dans le proche infrarouge, laquelle se propage dans le coeur 32 de fibre. Dans une forme de réalisation particulière, le CGF 20 a, sur l'axe longitudinal 35 du coeur 32 de fibre optique, une longueur d'environ 10 millimètres à environ 50 millimètres. La structure 36 de RLP a, sur l'axe environ 0,125 millimètre. La structure de RLP 36 a une modulation sur l'axe longitudinal 34 avec un pas d'environ 100 micromètres à environ 600 micromètres. La structure 36 de RLP est conçue pour appliquer efficacement de l'énergie du mode fondamental aux modes de la gaine longitudinal 34, une longueur d'environ 10 millimètres à environ 30 millimètres avec un diamètre de gaine d'environ 0,05 millimètre à 40 de fibre. Quand l'indice de réfraction du matériau détecteur la couche de détection 42 est inférieur à celui de la gaine 40 de fibre, les modes de la gaine 40 de fibre sont guidés par détection d'interfaces matériau/gaine et coeur de fibre. Une partie de l'énergie optique est dissipée dans le matériau de détection par un champ évanescent ; en revanche, les modes de la gaine dissipent partiellement l'énergie sous la forme de modes de rayonnement dans la couche de revêtement de détection. La structure 38 de RBF a, sur l'axe longitudinal, une longueur d'environ 3 millimètres à environ 10 millimètres avec un diamètre de gaine d'environ 0,125 millimètre. En règle générale, la longueur de la structure 36 de RLP est d'environ 2 à 5 fois la longueur de la structure 38 de RBF qui permet au spectre d'émission de la structure 36 de RLP d'avoir une largeur de raies étroite, inférieure à 12 nm, et une plus grande dynamique, supérieure à 10 dB. Une couche de détection 42 de gaz à fibre est disposée autour de la gaine 40 de fibre de la structure 36 de réseau à longue période (RLP) dans la fibre. Dans la forme de réalisation illustrée, la couche de détection 42 de gaz est disposée seulement autour de la structure 36 de RLP et non autour de la structure 38 de RBF. Cependant, l'invention peut être mise en oeuvre avec la couche de détection 42 disposée autour de la structure 38 de RBF. La couche de détection 42 est conçue pour faciliter efficacement le couplage du mode de la gaine 40 de fibre au mode fondamental par une variation d'indice de réfraction, un changement d'absorption optique ou un changement des contraintes dans le matériau de détection. Ainsi, le signal optique réfléchi et/ou réorienté vers le photodétecteur 24 par le CGF 20 dépend des grandeurs à mesurer et du fonctionnement. La couche de détection 42 comporte un matériau détecteur ou activé par un gaz chimique, contenant au moins un matériau de base tel que WOX dopé (en Pd, Pt), PdOX et l'alliage ternaire Pd(x)Au(y)Ni(1-xy). La morphologie du matériau détecteur peut consister en nanoparticules d'un diamètre d'environ 5 nm à environ 10 nm. Dans une forme de réalisation, la couche de détection 42 comporte un matériau détecteur à sensibilité aux gaz chimiques, qui est sensible et/ou activé par des interactions avec un gaz chimique qui induit dans le matériau détecteur une variation d'indice de réfraction, un changement d'absorption ou un changement de contraintes. Dans une forme de réalisation, la couche de détection 42 comporte un matériau détecteur qui est sensible à la présence de H2 et/ou de H2+gaz naturel (GN). Par exemple, la couche de détection 42 contient un alliage à base de palladium tel que, mais de manière nullement limitative, un matériau détecteur de type nano-(Pd, Pt)-WOx (x = 2,7 à 3,0), PdOx et/ou un matériau détecteur ternaire de type Pd(x)Au(y)Ni(1-x-y). Dans cette forme de réalisation, des atomes de H adsorbés entrent en interaction avec le palladium pour former un hydride. Les hybrides présents dans le matériau détecteur aboutissent à une forte transition de phase structurale, de la phase alpha à la phase bêta ou à leur phase intermédiaire mixte, ce qui fait varier l'indice de réfraction du matériau détecteur appliqué et change le couplage optique entre le mode fondamental et le mode de la gaine et le couplage entre le mode de la gaine et le mode de rayonnement dans la gaine 40 à réseau à longue période ainsi que dans la couche de détection 42. Cela permet un changement observable aussi bien en transmission qu'en réflexion et conduit finalement à l'identification du H2 gazeux adsorbé. Une mise en correspondance simultanée de la concentration du H2 gazeux et de la valeur de température ponctuelle est obtenue avec le même capteur de gaz 20 en utilisant la configuration d'interrogation multifonctionnelle et différentielle selon la présente invention. Le matériau détecteur composé d'alliage à base de palladium est opaque et devient semi-transparent quand il entre en interaction avec l'hydrogène pour former un hybride. En réalité, la phase alpha de l'hybride se transformera en phase bêta, en accompagnant un changement de fonction diélectrique ou d'indice de réfraction. A l'aide de cette propriété de transition de phase, le capteur de H2 à fibres peut détecter une telle différence de fonction diélectrique. La formation de l'hybride change réellement la limite des modes de la gaine et l'efficacité de couplage, si bien que la longueur d'onde d'émission et la perte de puissance du capteur d'hydrogène à base de réseaux à gaine de fibre sont modulées. Pour des températures de l'atmosphère inférieures à environ 540°C (1000°F), la couche de détection 42 peut contenir un matériau de base contenant WO3 ou SiO2. Le SiO2 du matériau de base est dopé avec des nanoparticules de matières appropriées telles que Pd, Pt, Au, Ag et/ou Ni. Les nanoparticules ont un diamètre d'environ 5 nm à environ 10 nm. Dans cette forme de réalisation, la couche de détection 42 est élaborée à l'aide d'un procédé de pulvérisation ou d'un procédé d'évaporation thermique. I1 apparaîtra aux spécialistes de la technique, à la lumière des explications fournies ici, que n'importe quel procédé peut servir pour élaborer la couche de détection 42. Après l'élaboration de la couche de détection 42, la couche de détection 42 est recuite sous une atmosphère de Ar+ pendant environ 2 heures à environ 600°C ou jusqu'à ce que le matériau de détection ait des dimensions de nanoparticules inférieures à environ 10 nm. Dans une forme de réalisation, la couche de détection 42 contient un matériau en nanoparticules sensibles aux gaz. Dans cette forme de réalisation, la couche de détection 42 a une épaisseur qui permet la propagation de quelques modes de la gaine quand un indice de réfraction de la couche de détection est proche de l'indice de réfraction de la gaine 40 de fibre. Par ailleurs, la couche de détection 42 a un coefficient de dilatation thermique différent d'un coefficient de dilatation thermique de la gaine 40 de fibre, si bien qu'il faut limiter une déformation interfaciale induite par le matériau en choisissant une épaisseur de moins de 100 nm pour la couche de revêtement détecteur. Dans une forme de réalisation particulière de détection de gaz à haute température, la déformation interfaciale entre la couche de détection 42 et la gaine 40 de fibre est compensée thermiquement par une morphologie nanoporeuse du matériau détecteur, de sorte que la détection de l'effet thermique du matériau soit dominée par la gaine de fibre. Dans une autre forme de réalisation possible, le câble 16 à fibre optique est hermétiquement étanche grâce à une membrane hydrophobe (en PTFE pour T La structure de RLP 36 provoque une perte de puissance de transmission dans le signal optique du fait de la sensibilité de la couche de détection 42 à un gaz tel que H2, H2+N2 et autres. Par ailleurs, le décalage de longueur d'onde d'après la structure de RLP 36 et la structure de RBF 38 peut servir à déterminer la température de l'environnement. La perte de puissance de transmission d'après la structure de RLP 36 et la différence de température d'après la structure de RLP 36 et la structure de RBF 38 peuvent servir à déterminer la concentration d'un gaz à correction d'après la température. Dans le système de détection 10 par réflexion, la lumière qui traverse la structure de RLP 36 est réfléchie vers l'arrière par la structure de RBF 38 et retraverse la structure de RLP 36. La lumière réfléchie entre dans le coupleur optique 14, est transmise via le câble 26 à fibre et est reçue par le photodétecteur 22. La structure de RLP 36 provoque une perte de puissance de transmission dans le signal optique en raison de la sensibilité de la couche de détection 42 à un gaz tel que H2, H2+N2 et autres. Le décalage de longueur d'onde d'après la structure de RBF 38 peut servir à déterminer la température de l'environnement. La différence de perte de puissance de transmission d'après la lumière traversant deux fois la structure de RLP 36 et la température d'après la structure de RBF 38 peuvent servir à déterminer la concentration d'un gaz corrigée d'après la température. Une telle modulation du décalage de longueur d'onde ainsi que de la perte de puissance proportionnellement à la concentration d'un gaz telle que la concentration de H2 permet une mesure "numérique" de concentration de H2 en ce qui concerne le décalage de longueur d'onde et une mesure "analogique" de concentration de H2 en ce qui concerne la perte de puissance de transmission occasionnée. Ces deux réponses du capteur constituent un procédé de détection d'hydrogène à intégration inhérente. Comme la structure de RBF 38 est située dans un environnement approximativement identique à celui de la structure de RLP 36, le décalage de longueur d'onde relatif de la structure de RBF 38 peut servir à déterminer en temps réel la température de l'environnement, et le changement de perte de puissance de transmission réfléchie peut aussi servir à déterminer la concentration d'un gaz puisque la lumière passe deux fois dans le réseau de détection. De plus, le décalage de longueur d'onde et la perte de puissance de transmission de la structure de RLP 36 peut servir à déterminer en temps réel la concentration du gaz et sa composition en régime de fonctionnement à température constante ou à température modulée. Cette détection simultanée de la température localisée, de la concentration et de la composition ponctuelles du gaz a amélioré les performances du capteur et réduit le faible taux de faux positifs en permettant de ce fait une mesure précise de la concentration de H2 gazeux, indépendamment de variations de température et/ou autres phénomènes parasites. Revenant à la figure 2, la structure de réseau à longue période 36 dans la fibre et la structure de réseau à courte période 38 dans la fibre ont un profil sensiblement parallèle et un espacement uniforme par rapport à l'axe longitudinal 34 du câble à fibre. Cependant, l'invention peut être mise en oeuvre avec d'autres types de profils de structures de réseaux à longue période et à courte période dans la fibre. Par exemple, la structure de réseau à longue période 36 dans la fibre et/ou la structure de réseau à courte période 38 dans la fibre peut consister en une structure de réseau dans la fibre ayant un profil de réseau blazé avec un angle d'environ 1 degré à environ 40 degrés par rapport à l'axe longitudinal 34 du câble à fibre. Dans un autre exemple, la structure de réseau à longue période 36 dans la fibre et/ou la structure de réseau à courte période 38 dans la fibre peuvent comporter un profil de réseau non uniforme, notamment une structure de réseau apodisé dans la fibre qui, par exemple, peut avoir une forme gaussienne, une forme cosinusoïdale et autres. Dans encore un autre exemple, le profil de réseau non uniforme peut être une combinaison des profils de réseaux blazé et apodisé. Les quatre types de réseaux (uniforme, blazé, apodisé, blazé et apodisé) ont une longueur ordinaire d'environ 10 millimètres à environ 30 millimètres et un diamètre de gaine d'environ 0,05 millimètre à environ 0,125 millimètre. Puisque le capteur de gaz 20 à fibre peut être n'importe quelle combinaison de quatre types de profils (uniforme, blazé, apodisé, blazé et apodisé), il y a plusieurs types de CGF 20. Par exemple, un premier type de CGF 20 a un profil de réseau uniforme pour la structure de RLP 36 et la structure de RBF 38. Un deuxième type de CGF 20 a un profil de réseau blazé pour la structure de RLP 36 et la structure de RBF 38. Un troisième type de CGF 20 a un profil de réseau apodisé pour la structure de RLP 36 et la structure de RBF 38. Un quatrième type de CGF 20 a un profil de réseau blazé et apodisé pour la structure de RLP 36 et la structure de RBF 38. Un cinquième type de CGF 20 a un profil de réseau uniforme pour la structure de RLP 36 et un profil de réseau apodisé pour la structure de RBF 38. Un sixième type de CGF 20 a un profil de réseau blazé pour la structure de RLP 36 et un profil de réseau apodisé pour la structure de RBF 38. On notera que d'autres combinaisons de profils de réseaux pour la structure de RLP 36 et la structure de RBF 38 entrent dans le cadre de l'invention. Dans la forme de réalisation illustrée, le CGF 20 comprend une structure de réseau à longue période 36 dans la fibre revêtu de la couche de détection 42 de gaz et une structure de réseau à courte période 38 dans la fibre sans la couche de détection 42 de gaz. Dans une autre forme de réalisation possible, le CGF 20 peut comprendre une paire de structures de réseau à courte période 38 (RBF) dans la fibre, l'une des structures de RBF 38 ayant la souche de détection 42 de gaz et l'autre des structures de RBF 38 étant sans couche de détection 42 de gaz. Puisque les structures de réseaux 36, 38 dans la fibre sont sensibles à la température, une détermination différentielle de la concentration et de la composition du gaz se fait en consultant la température déterminée de la deuxième structure de RBF 38. De même que pour la structure de RLP 36 et la structure de RBF 38 de la forme de réalisation illustrée présentée plus haut, l'autre forme de réalisation possible du CGF 20 avec la paire de structures de RBF 38 peut être n'importe quelle combinaison de profils de réseaux (uniforme, blazé, apodisé, blazé et apodisé). Ainsi, type de CGF 20 a un profil de réseau uniforme dans les deux structures de RBF 38. Un deuxième type du RBF 20 a un profil de réseau blazé pour les deux structures de RBF 38. Un troisième type du RBF 20 a un profil de réseau apodisé pour les deux structures de RBF 38. Un quatrième type du RBF 20 a un profil de réseau blazé et apodisé pour les deux structures de RBF 38. Un cinquième type du CGF 20 a un profil de réseau uniforme pour une première structure de RBF 38 et un profil de réseau apodisé pour l'autre structure de RBF 38. Un sixième type du CGF 20 a un profil de réseau blazé pour une première structure de RBF 38 et un profil de réseau apodisé pour l'autre structure de RBF 38. On notera que d'autres combinaisons de profils de réseaux pour les structures de RBF 38 entrent dans le cadre de l'invention. Considérant maintenant la figure 4, il y est représenté schématiquement un système de détection par réflexion 410 dans lequel une matrice 412 d'un ou plusieurs capteurs 20 de gaz à fibre sont répartis dans un environnement industriel tel qu'une chaudière, une chambre de combustion, un gazéifieur, un moteur et autres. Dans le système de détection par réflexion 410, par exemple, le gaz combustible peut être mesuré d'après la réflexion en n points. Chaque capteur de gaz 20 à fibre (CGF) est connecté au système de détection 410 par un connecteur 414 du type connecteur de fibre/connecteur poli en biais (FC/APC) et un séparateur/combineur optique 1 x n 416. Dans une forme de réalisation, le séparateur/combineur optique 416 est de types 1 x 2, 1 x 3, 1 x 4 et 1 x 8. Dans une autre forme de réalisation, un commutateur optique 1 x 16 est employé en remplacement du séparateur/combineur optique 416 pour la détection d'un gaz combustible en de multiples points. Le signal optique réfléchi par chaque capteur 20 de gaz à fibre est caractérisé par son décalage de longueur d'onde pour l'étalonnage de la température et par sa réponse de perte de puissance réfléchie pour le contrôle de la concentration du gaz. Considérant maintenant la figure 5, il y est représenté schématiquement un système de détection par transmission 510 dans lequel une matrice 512 d'un ou plusieurs capteurs 20 de gaz à fibre sont répartis dans un environnement industriel tel qu'une chaudière, une chambre de combustion, un gazéifieur, un moteur et autres. Dans le système de détection par transmission 510, par exemple, le gaz combustible peut être mesuré d'après la transmission en n points. Chaque capteur de gaz 20 à fibre (CGF) est connecté au système de détection 510 par un commutateur optique 1 x n 514. Chaque capteur de gaz 20 à fibre (CGF) est connecté au système de détection 510 par un connecteur FC/APC 516 et un combineur optique 1 x n 518. Dans une forme de réalisation, le commutateur optique 514 et le combineur optique 416 sont de types 1 x 2, 1 x 3, 1 x 4 et 1 x 8. Dans une autre forme de réalisation, un combineur et commutateur optique de 1 x 16 est employé pour la détection d'un gaz combustible en de multiples points. Le signal transmis depuis chaque capteur 20 de gaz à fibre est caractérisé par son décalage de longueur d'onde et par sa réponse de perte de puissance transmise pour le contrôle de la concentration du gaz lors duquel le décalage de longueur d'onde du réseau de Bragg à courte période est employé pour l'étalonnage de la température de l'environnement. Les spécialistes de la technique noteront, à la lumière de principes exposés ici, que dans d'autres formes de réalisation possibles, on peut utiliser n'importe quelque nombre approprié de dispositifs de détection d'hydrogène à fibre optiques dans des applications nécessitant la détection d'hydrogène, notamment dans des turbines de systèmes de production d'électricité utilisant de l'hydrogène pour la combustion. La souplesse autorisée par le fait d'avoir de multiples éléments de détection de gaz sur la même fibre permet de mesurer le gaz combustible en de multiples points et avec une plus grande résolution spatiale. De multiples capteurs de ce type peuvent être montés en cascade ou en parallèle pour une détection multipoint de la concentration d'un même gaz. Ainsi, la possibilité de multiples grandeurs à mesurer, associée à une plus grande résolution spatiale, est l'un des plus grands avantages du système de détection à réseaux dans la fibre optique. L'autre avantage est que différents capteurs de gaz à fibre peuvent être montés en cascade dans un même système de détection pour le contrôle en ligne de multiples constituants (H2, CO, CH4, etc.). Des études de faisabilité ont démontré jusqu'à présent que le prototype actuel de dispositif de détection d'hydrogène à fibre optique pouvait être employé dans un environnement agressif. Les figures 6 et 7 illustrent la réponse AA.. de décalage de longueur d'onde, d'environ 0,01 nm à environ 2,0 nm, du capteur de gaz à fibre pour une concentration d'hydrogène gazeux d'environ 10 % à environ 75 % et une température de l'environnement allant de la température ambiante à environ 170°C (260°F). Le délai de réponse du capteur (le temps qu'il faut pour que survienne un décalage de longueur d'onde complet au moment de l'introduction de H2) est ordinairement d'environ 3,5 s et le délai de rétablissement (temps pour que la longueur d'onde revienne à la ligne de base à la suite d'une purge de N2) atteint environ 25 s. Comme représenté sur la figure 6, la perte de puissance de transmission AP. a été d'environ 7,7 dB. La figure 8 illustre la perte de puissance de transmission AP.., d'environ 0,2 dB à 7,8 dB, du capteur de gaz 20 à fibre pour une concentration d'hydrogène gazeux d'environ 10% à environ 75 % et une température de l'environnement allant de la température ambiante à environ 170°C (260°F). La réponse de transmission en dB et le délai de rétablissement du capteur de gaz 20 à fibre à différentes concentrations d'hydrogène à haute température sont illustrés respectivement sur les figures 9 et 10. Comme illustré sur la figure 10, le délai de réponse et le délai de rétablissement vont de quelques centièmes de seconde à plusieurs secondes, en grande partie en fonction de la température de l'environnement. I1 faut souligner qu'une telle caractéristique de réponse du capteur de gaz 20 à fibre nécessite une structure à réseau de Bragg 38 dans la fibre pour réaliser une mesure de température en ligne (en temps réel) pour la différentiation de la réponse du capteur de gaz 20 à la température ainsi qu'à la concentration du gaz. Comme décrit plus haut, un dispositif et un système de détection de H2 reposent sur une technique de multiplexage en longueur d'onde par réseaux dans la fibre avec une intégration du matériau de détection nanophasé. Le réseau à longue période 30 est inscrit dans la fibre optique, de la lumière étant appliquée sur la gaine à l'emplacement du réseau. La gaine 24 de fibre est déposée avec un matériau de détection nanophasé de 20 à 30 nm d'épaisseur. En l'absence complète de H2 ou de grandeur à mesurer, les matériaux détecteurs à base de PdOx ou de PdAuNi ressemblent à un miroir métallique capable de réfléchir les modes de la gaine et de les renvoyer dans le coeur de la fibre. La formation de l'hybride dans la couche de détection modifie réellement la limite des modes de gaine et l'efficacité du couplage de façon que la longueur d'onde de transmission et la perte de puissance du capteur d'hydrogène à base de réseaux dans la fibre soient modulées. Comme le matériau détecteur peut être adapté sur mesure par le procédé de dépôt, il devient utile d'élaborer un matériau détecteur différent à la surface du réseau dans la fibre pour détecter différents constituants du courant de process, par exemple, pour le Syngas, il s'agirait de H2 et de combustibles constitués d'un mélange de gaz naturel et de H2. La souplesse autorisée par le fait d'avoir de multiples éléments sensibles à des paramètres sur la même fibre ainsi que de multiples éléments pour chacun de ces paramètres permet de mesurer de multiples paramètres à une plus grande résolution spatiale. Par exemple, dans l'application de détection de H2, des éléments de détection pour la température sont également inclus pour corriger les mesures de H2 en fonction de la variation de température. En même temps, plusieurs éléments de détection pourraient être montés sur une seule fibre, ce qui permettrait une plus grande résolution spatiale de H2 et de la température. Ainsi, la possibilité de multiples mesures avec une plus grande résolution spatiale est l'un des plus grands avantages du système de détection reposant sur des réseaux dans les fibres optiques. Plusieurs études de faisabilité ont été menées et ont permis de déterminer que la morphologie du matériau détecteur de la couche de détection 42 est maîtrisable pour que les atomes d'hydrogène gazeux puissent facilement diffuser dans la couche de détection, mais pas d'autres hydrocarbures gazeux, en raison des dimensions plus grandes de leurs atomes ou de leurs molécules. Dans une étude de faisabilité, la morphologie du matériau détecteur comportait des nanoparticules mesurant d'environ 3 nm à environ 5 nm. Comme illustré sur les figures 11 et 12, les réponses de décalage de longueur d'onde et de perte de puissance de transmission du capteur de gaz 20 sont fortes et renouvelables pendant des essais de cyclage pour un combustible employé dans une turbine à gaz et contenant environ 5 % de H2 en mélange avec environ 92 % de CH4, et d'autre hydrocarbures gazeux à une température d'environ 40°C (104°F). L'étude de faisabilité a démontré que la couche de détection 42 du capteur de gaz 20 à fibre selon l'invention peut être conçue pour détecter la présence de H2 et, en particulier, de H2 en mélange avec du gaz naturel (GN), qui sont ordinairement trouvés dans la composition du combustible d'une turbine à gaz en fonctionnement (non représentée). Le Tableau I résume la composition du combustible d'une turbine à gaz, à savoir environ 5 % de H2 en mélange avec environ 92,7 % de CH4, 0,74 % de CO2, 1,47 % de C2H6, 0,13 % de C2H4 et d'autres gaz. I1 apparaîtra aux spécialistes de la technique que la couche de détection 42 peut être élaborée à l'aide d'un procédé de dépôt pour détecter ou déceler tout gaz chimique voulu, par pulvérisation, évaporation thermique, revêtement par immersion par le procédé sol-gel et autres procédés de dépôt de couches minces. Gaz Gaz éch. Gaz éch. Gaz éch. Gaz Mélange nat. pauvre normal riche éch. gazeux habituel (don- (don- (don- nor- nées/ nées/ nées/ mal 3 jours) 3 jours) 3 jours) % du 88,36 0,00 % 0,00 % 0,00 % 11,64 100,00 % total % % Espèce Form 0 ule Hydrogè H2 0,480 8,7202 20,5043 30,954 38 4,845504 ne Dioxyde CO2 0,840 0,742265 de Carbone Méthane CH4 96,950 91,1785 79,44 68,9479 60,5 92,70899 Ethane C2H6 1,610 0,000 0,0165 0,0074 0,4 1,469215 Propane C3H8 0,090 0,079528 n-Butane C4H10 0,020 0,017673 n- C5H12 0,010 0,008836 Pentane Ethène C2H4 0,082 0,0658 0,0907 1,1 0,127987 (Ethylè- ne) 100,0 99,98 100,03 100,00 100,0 100,00 0 TABLEAU I. Composition de combustible de turbine à gaz Dans une autre étude de faisabilité, on a examiné la sensibilité 10 du capteur de gaz 20 d'après deux concentrations de gaz différentes dans une cellule de combustion d'une turbine à gaz en fonctionnement. Comme illustré sur la figure 13, le CGF 20 a une réponse de décalage de longueur d'onde d'environ 3000 pm ou environ 3 nm dans du combustible dans lequel environ 50 % de H2 ont été mélangés avec 15 environ 50 % de GN. Comme illustré sur la figure 14, le CGF 20 a une réponse de décalage de longueur d'onde d'environ 3500 pm ou environ5 3,5 nm dans du combustible dans lequel environ 52 % de H2 ont été mélangés avec environ 48 % de GN Le capteur de gaz 20 selon l'invention a démontré qu'une augmentation de seulement 2 % de H2 mène à un décalage de 500 pm de la réponse de longueur d'onde. Un tel décalage supplémentaire de 500 pm de la réponse de longueur d'onde traduit un haut degré de sensibilité en comparaison de dispositifs de détection de gaz selon la technique antérieure. Ainsi, la maîtrise efficace de la morphologie du matériau détecteur de la couche de détection 42 a fortement amélioré la sensibilité du capteur de gaz 20 à fibre. Dans une forme de réalisation potentielle, le CGF 20 peut être intégré dans un système de commande d'alimentation en combustible 612 de turbine à gaz 614, comme représenté sur la figure 15. Dans cette forme de réalisation, la sortie 616 de données du CGF 20 est intégrée avec le système de commande 612 pour la turbine à gaz 614. Le CGF 20 est connecté à une conduite d'alimentation 618 en combustible pour mesurer la composition du gaz, par exemple la quantité d'hydrogène (H2) dans le gaz. Dans cette forme de réalisation, le combustible peut être n'importe quel gaz contenant de l'hydrogène, qui pourrait être constitué par du Syngas (H2 + CO) provenant d'une installation de gazéification, un mélange gazeux d'hydrogène et d'azote provenant d'une installation de gazéification avec capture de dioxyde de carbone, ou de l'hydrogène contenant un gaz issu d'un processus industriel. Dans le cas du gaz de processus industriel, l'hydrogène pourrait être transporté avec un gaz inerte tel que de l'azote (N2), ou il pourrait être transporté par un autre gaz réactif tel que du méthane (CH4). Le CGF 20 mesure la quantité d'hydrogène dans le gaz, puis envoie cette donnée au système de commande 612 de turbine à gaz. Le système de commande 612 utilise cette information pour déterminer si le contenu énergétique du combustible gazeux se situe à tout moment dans des limites acceptables, ou si, d'après l'application d'une logique de commande, il est prévisible que le contenu énergétique passe à des niveaux non acceptables, supérieurs ou inférieurs à un intervalle acceptable. Si le contenu énergétique n'est pas dans l'intervalle acceptable, le système de commande 612 pourra régler le débit du combustible, le débit de l'air ou le débit du flux de diluant (éventuel) vers le système de combustion de la turbine à gaz afin de mettre la densité énergétique du combustible dans des limites acceptables. Comme décrit plus haut, un capteur de gaz à fibre, à réseau dans la fibre optique, a été inventé pour des systèmes et des applications industriels qui nécessitent des mesures de concentration d'hydrogène. Par exemple, le dispositif de détection peut être utilisé dans une centrale électrique à gazéification de charbon qui utilise du Syngas riche en hydrogène, ou dans des centrales électriques à turbine à gaz qui utilisent du gaz naturel en mélange avec H2. En même temps, la technologie de détection décrite peut être appliquée à la détection de concentrations de H2 dans des flux gazeux contenant H2 dans des usines de produits chimiques, des établissements de santé ou des installations industrielles/pétrochimiques. La détection de H2 est essentielle pour contrôler et maîtriser la composition du combustible pour des turbines utilisant comme combustible du Syngas ou du Gaz naturel (GN) en mélange avec H2. Pour d'autres applications en chimie ou en pétrochimie, la détection de H2 permet une maîtrise de la composition, ce qui est nécessaire à son tour pour des performances optimales des organes respectifs du système tels que les réacteurs, colonnes de distillation, hauts fourneaux et autres, qui nécessitent une mesure de H2. Liste des repères 10 Système de détection 12 Source de lumière 14 Coupleur optique 16 Câble à fibre 20 Capteur de gaz 22 Photodétecteur 24 Câble à fibre 26 Câble à fibre 28 Ordinateur 30 Interface radioélectrique 32 Coeur de fibre 34 Axe longitudinal 36 RLP 38 RBF 40 Gaine de fibre 42 Couche de détection de gaz 44 Couche adhésive 410 Système de détection par réflexion 412 Matrice 414 Connecteur FC/APC 416 Séparateur/combineur optique 510 Système de détection par transmission 512 Matrice 514 Commutateur optique 516 Connecteur FC/APC 518 Combineur optique 612 Système de commande de turbine à gaz 614 Turbine à gaz 616 Sortie de données 618 Conduite d'alimentation en combustible REVENDICATIONS1. Capteur de gaz (20) à fibre, comprenant : un coeur (32) de fibre ayant un axe longitudinal (34) ; une première structure (36, 38) de réseau à modulation périodique d'indice de réfraction, ayant un premier module de modulation d'amplitude, disposée autour du coeur (32) de fibre pour détecter une concentration ponctuelle de gaz ; une deuxième structure (36, 38) de réseau à modulation périodique d'indice de réfraction, ayant un deuxième module de modulation d'amplitude, disposée autour du coeur (32) de fibre à une certaine distance, sur l'axe longitudinal (34), par rapport à la première structure (36, 38) de réseau à modulation périodique d'indice de réfraction pour détecter une température ponctuelle ; une gaine (40) de fibre disposée autour des première et deuxième structures (36, 38) de réseaux à modulation périodique d'indice de réfraction ; et une couche de détection (42) disposée autour de la gaine (40) de fibre de la première structure (36, 38) de réseau à modulation périodique d'indice de réfraction, la couche de détection (42) comportant un matériau détecteur constitué d'un alliage à base de Pd, le capteur de gaz étant apte à réaliser une détermination, corrigée d'après la température, de la concentration ponctuelle de gaz. 2. Capteur de gaz selon la revendication 1, comprenant en outre une couche adhésive (44) disposée entre la gaine (40) de fibre et la couche de détection (42). 3. Capteur de gaz selon la revendication 1, dans lequel l'alliage à base de Pd est fait d'un groupe composé de nano-PdOx, de nano-Pd(x)Au(y)Ni(1-x-y) et de nano-Pd/Au/WOx. 4. Capteur de gaz selon la revendication 1, le capteur de gaz (20) étant intégré dans un système de commande d'alimentation en combustible (612). 5. Capteur de gaz (20) à fibre, comprenant : un coeur (32) de fibre ayant un axe longitudinal (34) ;une première structure (38) de réseau à courte période dans la fibre, ayant un premier module de modulation d'amplitude, disposée autour du coeur (32) de fibre pour détecter une concentration ponctuelle de gaz; une deuxième structure (36, 38) de réseau à courte période dans la fibre, ayant un deuxième module de modulation d'amplitude, disposée autour du coeur (32) de fibre à une certaine distance, sur l'axe longitudinal (34), par rapport à la première structure (36, 38) de réseau à courte période dans la fibre pour détecter une température ponctuelle ; une gaine (40) de fibre disposée autour des première et deuxième structures (36, 38) de réseaux à courte période dans la fibre; et une couche de détection (42) disposée autour de la gaine (40) de fibre de la première structure (36, 38) de réseau à courte période dans la fibre, la couche de détection (42) comportant un matériau détecteur constitué d'un alliage à base de Pd, le capteur de gaz étant apte à réaliser une détermination, corrigée d'après la température, de la concentration ponctuelle de gaz. 6. Capteur de gaz selon la revendication 5, comprenant en outre une couche adhésive (44) disposée entre la gaine (40) de fibre et la couche de détection (42). 7. Capteur de gaz selon la revendication 5, dans lequel l'alliage à base de Pd est fait d'un groupe composé de nano-PdOx, de nano-Pd(x)Au(y)Ni(1-x-y) et de nano-Pd/Au/WOx. 8. Système de détection (410, 510), comprenant : au moins un capteur de gaz (20) à fibre selon la revendication 1 ; un connecteur FC/APC (414, 516) coopérant avec chaque capteur de gaz (20) à fibre ; et un séparateur/combineur optique (416) ou un commutateur optique (514) coopérant avec le connecteur FC/APC (414, 516). 9. Système de détection selon la revendication 8, le système de détection (410, 510) étant constitué par un système de détection par réflexion (410) ou un système de détection par transmission (510). 10. Système de détection selon la revendication 8, le système de détection (410, 510) étant amené à fonctionner en régime de températureconstante pour la détection d'une seule composition ou en régime à température modulée pour la détection de multiples compositions.