Brevet FR3044419A1 — publié le 20170602

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un détecteur de gaz, notamment une sonde lambda pour des véhicules automobiles équipés d'un moteur à combustion interne comportant une première électrode, une seconde électrode ainsi qu'une membrane en électrolyte solide, conductrice d'ions oxygène, entre la première électrode et la seconde électrode. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un tel détecteur de gaz. Etat de la technique Les détecteurs de gaz usuels tels que les sondes lambda ou les détecteurs d'oxydes d'azote sont des systèmes à une ou plusieurs chambres avec des dispositifs d'électrode en forme de membrane servant, par exemple, à déterminer une teneur en oxygène ou une teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement. Si le détecteur de gaz est, par exemple, un système à deux chambres, comme pour les détecteurs d'oxydes d'azote, les chambres sont réalisées dans une zone d'étanchéité et elles communiquent par un canal de liaison qui assure la conduction du gaz. Une ouverture dans la première chambre permet d'introduire un gaz tel que les gaz d'échappement d'un moteur à com- bustion interne dans la première chambre. L'oxygène contenu dans le gaz est évacué par une pompe à oxygène de la première chambre en réduisant l'oxygène sur une électrode pour obtenir 02- et en l'évacuant à travers une membrane conductrice d'ions oxygène hors de la première chambre. Le gaz résiduel est conduit dans une seconde chambre par le canal de liaison. Dans cette seconde chambre on détermine la teneur en oxydes d'azote. L'inconvénient des détecteurs de gaz actuels est leur capacité de pompage d'oxygène qui est limitée et nécessite une grande surface d'électrode. En outre, un passage ciblé des gaz dans la première chambre présent des difficultés du point de vue de l'élimination consé- cutive si possible totale de l'oxygène dans la première chambre. De tels détecteurs de gaz sont, par exemple, décrits dans le document « K. Reif, Deitsche, K-H et al., Kraftahrtechnisches Taschenbuch, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014, pages 1338-1347 ». 3044419 2 Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un détecteur de gaz, notamment une sonde lambda pour des véhicules automobiles équipés d'un moteur à combustion interne comportant une première électrode, 5 une seconde électrode ainsi qu'une membrane en électrolyte solide, conductrice d'ions d'oxygène, entre la première électrode et la seconde électrode, détecteur dans lequel, la membrane en électrolyte solide a au moins un canal de diffusion de gaz relié dans le sens de la conduction de gaz à la première électrode et à la seconde électrode. 10 Le détecteur de gaz selon l'invention a l'avantage d'une puissance de pompage importante, ce qui permet d'évacuer l'oxygène du gaz mesuré, rapidement et complètement hors du détecteur de gaz. Le canal de diffusion de gaz permet au gaz, par exemple aux gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de pénétrer 15 par diffusion de manière ciblée avec un débit élevé dans la première chambre. La liaison de conduction de gaz réalisée par le canal de diffusion de gaz entre les électrodes permet ensuite de convertir le gaz, par exemple de réduire l'oxygène en ions oxygène (02 + 4 e- -> 2 02-), sur la seconde électrode, dans l'environnement direct du canal de diffusion de 20 gaz. Le chemin de diffusion sur l'électrode est ainsi raccourci considé- rablement. La réaction sur l'électrode peut se faire dans ces conditions plus rapidement avec un débit important. Les composants dissouts, formés dans la membrane en électrolyte solide, tels que, par exemple, les ions d'oxygène 02- peuvent en plus être évacués rapidement de la 25 chambre par diffusion à travers la membrane en électrolyte solide con- ductrices d'ions d'oxygène. Ainsi, globalement, on transforme une quantité importante de gaz, ce qui, d'une part, améliore la sensibilité du détecteur de gaz et d'autre part, augmente la densité de puissance. Le détecteur de gaz selon l'invention se caractérise non seulement par une 30 plus grande puissance de pompage d'oxygène et ainsi une sensibilité plus élevée du détecteur de gaz, mais également par un débit de gaz plus important. Cela est avantageux pour utiliser le détecteur de gaz en liaison avec des détecteurs d'oxydes d'azote en aval. L'intégration du canal de diffusion de gaz dans la membrane en électrolyte solide permet 3044419 3 de réaliser un détecteur de gaz de petite dimension, ce qui simplifie son utilisation dans un environnement réduit. De façon avantageuse, les électrodes sont poreuses pour rendre maximale la surface de contact gaz/électrode. De plus, cela per- 5 met au gaz de diffuser à travers les pores jusqu'à proximité de la mem- brane en électrolyte solide augmentant ainsi l'efficacité de la conversion du gaz en ions ou des ions en gaz. Les électrodes sont conçues pour ne réduire ou ne dé- composer ou ioniser qu'un composant spécifique du gaz, par exemple, 10 l'oxygène ou un oxyde d'azote NOx. La structure stratifiée dans la direction de l'épaisseur des couches de la membrane en électrolyte solide comporte d'abord une première électrode puis la membrane en électrolyte solide et ensuite la seconde électrode ; la membrane en électrolyte solide a, par exemple, 15 une électrode respective sur chacune de ses faces. Une couche dans le cadre de la présente invention est une masse uniforme étendue selon une surface et ayant une certaine hauteur. La couche est ainsi un corps tridimensionnel dont l'extension dans deux dimensions qui représente le développement en surface de la 20 membrane est significativement plus grande que l'extension dans la troisième dimension, c'est-à-dire la hauteur ou l'épaisseur de la couche. La réalisation du canal de diffusion de gaz dans la membrane en électrolyte solide n'est pas limitée dans son détail et elle est choisie pour avoir une zone de contact importante avec les électrodes 25 car cela facilite le transport du gaz. Selon un développement avantageux, le canal de diffusion de gaz est parallèle ou au moins parallèle par segments à la direction d'empilage de la première électrode, de la membrane en électrolyte solide et de la seconde électrode, c'est-à-dire qu'elle est parallèle à la 30 direction de l'épaisseur des couches. On peut également prévoir que le canal de diffusion s'étend sur toute son extension, parallèlement à la direction d'empilage. L'expression « parallèlement à la direction d'empilage » signifie que le canal de diffusion passe dans le système de couches ou à la membrane en électrolyte solide pratiquement perpendi- 35 culairement au plan d'extension de la surface. 3044419 4 Suivant une autre caractéristique avantageuse, en coupe longitudinale, le canal de diffusion de gaz a un segment qui rétrécit vers une extrémité, ce qui améliore l'entrée du gaz dans le détecteur de gaz sur la seconde électrode et évite le retour du gaz non converti. 5 Pour améliorer la diffusion du gaz, le canal de diffusion de gaz est de préférence réalisé de façon à s'étendre dans la première électrode et/ou dans la seconde électrode. Comme la première électrode est en général en contact avec l'environnement du gaz à mesurer alors que la seconde électrode est sur le côté opposé de la membrane en élec- 10 trolyte solide, la pénétration du canal de diffusion de gaz dans la pre- mière électrode permet d'introduire plus efficacement le gaz. Si le canal de diffusion de gaz pénètre dans la seconde électrode, cela augmente la zone de contact avec la seconde électrode qui convertit ou ionise le gaz de sorte qu'en un temps plus court on aura un taux de réaction plus 15 élevé, c'est-à-dire un taux de conversion et celui-ci pourra être adapté selon la relation de dépendance verticale du taux de conversion de l'électrode. On améliore ainsi la sensibilité du détecteur de gaz. Les composants gazeux non concernés par la conversion (par exemple les oxydes d'azote NOx tels qu'entre autres NO, NO2) pourront passer par 20 exemple à travers la seconde électrode poreuse dans la chambre ou y pénétrer par diffusion. Pour mieux mettre en contact le gaz avec la matière cata- lytique des électrodes, selon un développement préférentiel de l'invention, le détecteur de gaz se caractérise par des orifices de contact 25 par lesquels le canal de diffusion de gaz est en liaison de conduction de gaz avec la seconde électrode. En d'autres termes, le canal de diffusion de gaz comporte une paroi intérieure interrompue à quelques endroits par les orifices de contact. Selon un autre développement avantageux, la première 30 électrode est en liaison avec un gaz de mesure en ce que la coupe longi- tudinale du canal de diffusion de gaz a un segment rectangulaire dans la région de la première électrode et en ce que la coupe longitudinale du canal de diffusion de gaz a, dans la région de la membrane en électrolyte solide, un second segment allant en diminuant dans la direction de 35 la seconde électrode. Cela permet d'agrandir la zone de contact avec la 3044419 5 seconde électrode qui convertit le gaz si bien qu'en un temps très court on aura un taux de conversion plus élevé et celui-ci pourra s'adapter en fonction de la relation de dépendance verticale du taux de conversion de l'électrode. Plus un point de l'électrode, là où le gaz ou un ion sera con- 5 verti (molécule de gaz convertie en ions de gaz) ou un ion de gaz conver- ti en molécule de gaz, est éloigné de la membrane en électrolyte solide (c'est-à-dire se situant plus « à l'extérieur » de la couche) et moins la conversion sera efficace. Le canal de diffusion de gaz et sa forme qui va en diminuant permettent d'augmenter l'efficacité de la conversion 10 gaz / ion. Dans le cadre d'une stabilité plus élevée de la membrane, il est avantageux que le canal de diffusion de gaz présente une structure de soutien de la membrane ou que le canal de diffusion de gaz soit adjacent à une structure de support ou de soutien de la membrane. La 15 structure de soutien ou de support peut avoir une forme en nids d'abeilles. La membrane peut également être composée d'une multiplicité de sous-membranes. La structure d'appui peut soutenir ou porter les sous-membranes. En d'autres termes, la membrane en électrolyte solide peut être subdivisée en zones individuelles, par exemple hexagonales 20 (de façon générale une forme polygonale, ronde ou elliptique) et les ca- naux de diffusion de gaz entourent les différentes sous-membranes (c'est-à-dire, par exemple, des hexagones) ou se trouvent entre les sous-membranes et relient ainsi entre elles les sous-membranes. Comme les canaux de diffusion de gaz, les structures d'appui sont perpendiculaires 25 à la membrane ou aux sous-membranes, ces structures fonctionnent mécaniquement dans le sens d'une stabilisation ou d'un renforcement comme une poutre en T. Selon un développement avantageux, le diamètre du ca- nal de diffusion de gaz est compris entre lnm et 5000 nm et notamment 30 entre 50 nm et 1000 nm, ce qui, d'une part, permet d'avoir un taux de diffusion élevé dans le détecteur de gaz et d'autre part, une réduction significative du taux de retour de gaz non converti. De même, on améliore la répartition de la veine de gaz sur l'ensemble de la membrane. D'une manière particulièrement avantageuse, le canal de 35 diffusion de gaz a une structure en forme de L. La première branche de 3044419 6 cette structure en forme de L est dans la membrane en électrolyte solide et la seconde branche de cette structure en L se trouve à la surface limite entre la membrane en électrolyte solide et la première électrode. La première électrode est celle qui est en liaison avec l'environnement du 5 gaz à détecter. Une structure de canal de diffusion de gaz en forme de L est particulièrement avantageuse à la vue des propriétés de diffusion qui se déterminent d'une manière univoque. En effet, en technique des microsystèmes, il est relativement simple de déposer des couches minces bien contrôlées (inférieures à 10 nm). Ainsi, avec une couche, 10 par exemple une couche sacrificielle, on peut bien contrôler l'ouverture de passage de la seconde branche et ainsi la section vis-à-vis du gaz de diffusion. Le réglage d'une section définie dans la direction verticale se fait de préférence par une étape de gravure anisotrope. Selon la profondeur de la gravure du canal de diffusion de gaz de 1 }gym ou plus, par 15 comparaison avec le contrôle présenté ci-dessus de l'épaisseur de la couche, il est considérablement plus difficile d'obtenir dans tous les cas une section définie par le procédé. La résistance de diffusion qui est l'élément décisif de la caractéristique de diffusion d'un gaz résulte de la section horizontale et de la section verticale ainsi que du montage en 20 série. Ainsi, la plus petite des deux sections domine. Grâce à l'excellent contrôle de l'épaisseur de couche, par la mise en place de la seconde branche ou par la réalisation de la forme en L on peut régler, de manière plus précise la résistance de diffusion et ainsi la caractéristique de diffusion. De plus, la section (section de diffusion) de la première 25 branche peut être plus grande, par exemple, au moins d'un coefficient 2 par rapport à la section (section de diffusion) de la seconde branche. On peut encore améliorer cet effet en limitant la hauteur de la seconde branche par une structure de couverture de sorte que le gaz sera guidé d'une manière encore plus ciblée dans le canal de diffu- 30 sion de gaz. Dans le cadre d'un taux de diffusion bien défini, c'est-à-dire d'une caractéristique de diffusion, il est en outre avantageux que la hauteur de la seconde branche soit plus petite que la longueur de la première branche. 3044419 7 De façon préférentielle, la hauteur de la seconde branche est notamment au maximum égale à 2 pm. Pour un meilleur contact du gaz dans le canal de diffu- sion, la longueur de la seconde branche est avantageusement comprise 5 entre 1 pm et 100 pm. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la paroi du canal de diffusion de gaz a une structure d'appui ou de soutien. Cette structure d'appui ou paroi de la structure d'appui ou de soutien est reliée à la membrane en électrolyte solide et/ou à la première élec- 10 trode et/ou à la seconde électrode en stabilisant ainsi la membrane à la manière d'une poutre mécanique T. En d'autres termes, le canal de diffusion de gaz est au moins situé par segments à l'intérieur de la structure d'appui ou de soutien ou entre la structure d'appui et de soutien et la membrane en électrolyte solide (lorsqu'on regarde dans la direction 15 latérale). De façon avantageuse, la membrane en électrolyte solide contient de la zircone yttriée (YSZ) qui se caractérise par une excellente qualité de conductibilité sélective des ions oxygène. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la pre- 20 mière électrode et la seconde électrode ont de la zircone yttriée et au moins un métal à activité catalytique qui est notamment le platine. Selon un autre développement avantageux, le détecteur de gaz selon l'invention a une première chambre et une seconde chambre reliées l'une à l'autre à travers une zone d'étanchéité et un ca- 25 nal de liaison qui la traverse. Ce détecteur a plusieurs chambres à une fonctionnalité poussée et permet, par exemple, de déterminer quantitativement les oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Pour cela, il suffit d'éliminer aussi complètement que possible, l'oxygène du gaz de mesure contenu dans la 30 première chambre pour déterminer ensuite la teneur en oxydes d'azote dans la seconde chambre. Selon le présent exemple, la seconde chambre est en liaison est en liaison de communication de gaz avec la première chambre par un canal de liaison. L'invention a également pour objet un procédé de réalisa- 35 tion d'un détecteur de gaz comportant une première électrode, une se- 3044419 8 conde électrode et une membrane en électrolyte solide conductrices d'ions d'oxygène entre la première électrode et la seconde électrode, la membrane en électrolyte solide ayant au moins un canal de diffusion de gaz relié en conduction de gaz à la première électrode et à la seconde 5 électrode ce procédé consistant à appliquer et mettre en structure la membrane en électrolyte solide sur un substrat, appliquer une matière sacrificielle sur la membrane en électrolyte solide, appliquer une structure de couverture sur la matière sacrificielle et enlever au moins partiellement la matière sacrificielle en dégageant le canal de diffusion de 10 gaz. L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un détecteur de gaz tel que décrit ci-dessus ayant une première électrode, une seconde électrode ainsi qu'une membrane en électrolyte solide conductrice d'ions oxygène entre la première électrode et la seconde élec- 15 trode ; la membrane en électrolyte solide a au moins un canal de diffusion de gaz relié en conduction de gaz avec la première électrode et la seconde électrode. Le procédé consiste à appliquer et structurer la membrane en électrolyte solide sur le substrat. Pour cela, on prédétermine la position du ou des futurs canaux de diffusion de gaz et on ap- 20 plique une matière sacrificielle sur la membrane en électrolyte solide. La matière sacrificielle stabilise le canal de diffusion de gaz que l'on veut réaliser en évitant des variations dimensionnelles de celui-ci en ce que l'on applique une structure de couverture sur la matière sacrificielle. La structure de couverture délimite le canal de diffusion de gaz si bien 25 qu'une fois réalisée, les gaz pourront être sollicités dans la direction souhaitée pour la diffusion. On enlève au moins partiellement la matière sacrificielle en dégageant le canal de diffusion de gaz. Cela peut se faire par exemple par une gravure chimique qui enlève la matière sacrificielle. Cette opération est gérée pour n'attaquer ni la membrane 30 d'électrolyte solide, ni la structure de couverture. Si une partie de la matière sacrificielle reste dans la structure de l'électrolyte solide, elle sert avantageusement de structure d'appui ou de soutien. La matière de couverture peut former par exemple une seconde branche pratiquement parallèle à l'extension de la surface de la membrane en électrolyte so- 35 lide. Cette branche avec, par exemple, la première branche du canal de 3044419 9 diffusion parallèle à la direction d'empilage, réalise la forme en L du canal de diffusion de gaz. L'enlèvement sélectif de la matière sacrificielle est favorisé avantageusement en ce qu'on forme la structure de couverture en une 5 matière qui subsiste après enlèvement de la matière sacrificielle. Comme matière qui convient tout particulièrement, il y a notamment le carbure de silicium (SiC), le nitrure de silicium (SiN), la zircone yttriée (YSZ) et le nitrure de silicium à faible contraintes (SiN) (LSN). Les avantages décrits ci-dessus pour le détecteur de gaz 10 selon l'invention, ses effets et les développements s'appliquent égale- ment au procédé de fabrication d'un détecteur de gaz. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée, à l'aide d'exemples de réalisation d'un détecteur de gaz, 15 notamment d'une sonde lambda pour des véhicules automobiles équi- pés d'un moteur à combustion interne représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un détecteur de gaz selon l'invention, 20 la figure 2 est une vue en coupe agrandie d'une partie du premier dispositif d'électrode en forme de membrane de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe d'un second exemple de réalisation d'un détecteur de gaz selon l'invention, la figure 4 est une vue en coupe d'un troisième mode de réalisa- 25 tion d'un détecteur de gaz selon l'invention, la figure 5 est une vue en coupe d'un quatrième mode de réalisation d'un détecteur de gaz selon l'invention, la figure 6 est un schéma de différentes étapes du procédé de fabrication d'un détecteur de gaz selon un mode de réalisation de 30 l'invention, la figure 7 est une vue en coupe de détail d'un cinquième mode de réalisation d'un détecteur de gaz selon l'invention. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un détecteur de gaz 1 selon un déve- 35 loppement avantageux de l'invention. Le détecteur de gaz 1 est un dé- 3044419 10 tecteur de gaz à chambres multiples, composé d'une première chambre 2 et d'une seconde chambre 3. La première chambre 2 a deux dispositifs d'électrode en forme de membrane, à savoir un premier dispositif d'électrode en forme 5 de membrane 5 et un second dispositif d'électrode en forme de mem- brane 6. La seconde chambre 3 a également un troisième dispositif d'électrode en forme de membrane 8. Chaque dispositif d'électrode en forme de membrane 5, 6, 10 8 a, par exemple, une première électrode 10, une seconde électrode 11 et une membrane en électrolyte solide 9 conductrices d'ions oxygène installées entre la première électrode 10 et la seconde électrode 11 ; cette membrane 9 permet le passage d'ions oxygène 02-. Les secondes électrodes 11 sont tournées chacune vers l'intérieur de la première 15 chambre 2 ou de la seconde chambre 3. Les premières électrodes 10 se trouvent sur le côté de la membrane en électrolyte solide 9 non tournée vers la seconde électrode 11 correspondante. La membrane en électrolyte solide 9 sépare également la première électrode 10 de la seconde électrode 11 correspondante. 20 La membrane en électrolyte solide 9 du premier dispositif d'électrode 5 en forme de membrane comporte un canal de diffusion de gaz. La vue de détail du premier dispositif d'électrode en forme de membrane 5 représenté à la figure 2 et sera décrit de manière détaillée ci-après. 25 La première chambre 2 a une ouverture 4. Le gaz arrive dans la première chambre 2 à travers l'ouverture 4 et le canal de diffusion de gaz du premier dispositif d'électrode en forme de membrane 5. La première chambre 2 et la seconde chambre 3 sont re- liées l'une à l'autre par un canal de liaison 7 qui traverse la zone 30 d'étanchéité 12. Pour réaliser un tel détecteur de gaz 1, on peut appliquer, par exemple, des procédés de fabrication de la technique des microsystèmes, c'est-à-dire des procédés de la technique de fabrication des semiconducteurs. En particulier, on peut, par exemple, appliquer des procé- 35 dés de fabrication photo-lithographiques par comparaison au procédé 3044419 11 d'impression sérigraphique ou au procédé par raclage pour la fabrication des détecteurs connus fabriqués en technique des couches épaisses. Pour réaliser le dispositif formé de deux chambres décrit 5 à l'aide de la figure 1, on structure tout d'abord séparément deux pla- quettes distinctes l'une de l'autre, par exemple, des plaquettes en silicium. Ces deux plaquettes peuvent ensuite être appliquées l'une contre l'autre suivant une ligne horizontale représentée par exemple à la figure 1. Ainsi, par exemple, les points de contact qui ne sont pas constitués 10 par des canaux, sont reliés par des liaisons de scellement en verre. Le canal de gaz 7 passe ainsi entre les deux plaquettes. La liaison des plaquettes l'une à l'autre se fait de préférence de manière solidaire et définitive (qui peut ne s'ouvrir que par destruction) et qui est, par exemple, étanche aux gaz. Ensuite, on sépare les différents détecteurs de gaz par 15 un procédé de sciage connu, du reste, pour séparer les deux plaquettes reliées. Pour simplifier la présentation, on décrira le fonctionne- ment du détecteur de gaz 1 représenté à la figure 1 à l'aide d'une sonde lambda destinée à des véhicules automobiles et des moteurs à combus- 20 tion interne. Les gaz d'échappement du moteur à combustion interne arrivent dans la première chambre 2 à travers l'ouverture 4 et par le canal de diffusion de gaz. Pour déterminer la teneur en oxygène des gaz d'échappement, on compare la teneur en oxygène des gaz 25 d'échappement par le second dispositif d'électrode en forme de mem- brane 6 à la teneur en oxygène d'un gaz de référence, par exemple de l'air. Le gaz de référence se trouve, par exemple, dans une chambre de gaz de référence qui, selon la figure 1, se trouve en dessous de la seconde et de la troisième chambre 3, 5. La seconde électrode 11 du pre- 30 mier dispositif d'électrodes de membrane 5 transforme par catalyse, l'oxygène des gaz d'échappement en ions oxygène et traverse la membrane d'électrolyse solide 9 si bien que l'oxygène est pompé à partir de la première chambre 2 en retour dans les gaz d'échappement. Dans ce contexte, on parle d'électrode de pompage ou de la puissance de pom- 35 page d'un dispositif d'électrode en forme de membrane. 3044419 12 Le gaz résiduel qui contient au moins des oxydes d'azote diffuse alors à travers le canal de liaison 7 dans la seconde chambre 3. Dans la seconde chambre 3 on détermine les oxydes d'azote en libérant les oxydes d'azote, par exemple, au niveau d'un troisième dispositif 5 d'électrode en forme de membrane 8. Le flux d'ions oxygène résultant de la conversion catalytique des oxydes d'azote est une mesure de la concentration des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement. Le détecteur de gaz 1 a un taux de diffusion élevé pour les gaz de la première chambre 2 et ainsi, par conséquence, il a égale- 10 ment un taux de diffusion élevé pour l'oxygène de la première chambre 2. La puissance de pompage pour l'oxygène est augmentée de manière significative grâce au canal de diffusion de gaz dans le premier dispositif d'électrode en forme de membrane 5 de sorte que le détecteur de gaz 1 pourra être réalisé avec des dimensions plus réduites pour des mesures 15 plus petites. La figure 2 montre une vue de détail de la figure 1. Elle présente une vue à échelle agrandie du premier dispositif d'électrode à membrane 5. On remarque que la membrane en électrolyte solide 9 est couverte par la première électrode 10 et la seconde électrode 11 si bien 20 que de chaque côté de la membrane en électrolyte solide 9, on installe une électrode 10. La référence S indique la direction d'empilage du dispositif d'électrode en forme de membrane 5. La première électrode 10 et la seconde électrode 11 sont poreuses. Cela signifie que les électrodes 10, 11 sont perméables aux 25 gaz, par exemple, sous la forme de particules. Les électrodes ont une matière de support et une matière catalytiquement active ; la matière de support est de préférence en YSZ et la matière catalytique active est de préférence en platine. On peut également réaliser la membrane d'électrolyte solide 9, notamment en YSZ. 30 Il apparaît clairement que le canal de diffusion de gaz 13 forme un chemin de diffusion de gaz G pour les gaz de l'environnement de la première électrode 10 dans la première chambre 2. Le canal de diffusion de gaz 13 met en liaison la première électrode 10 et la seconde électrode 11 dans le sens de la conduction du 35 gaz. Bien plus, le canal de diffusion de gaz 13 s'étend dans la première 3044419 13 électrode 10 et dans la seconde électrode 11, ce qui permet une entrée de gaz particulièrement simple et rapide dans la première chambre 2. De plus, la coupe longitudinale du canal de diffusion de gaz 13 dans la région de la première électrode 10 a un segment rectan- 5 gulaire 14 et dans la région de la membrane en électrolyte solide 9 et aussi dans la région adjacente de la seconde électrode 11, elle a un segment 15 qui va en se rétrécissant en direction de la seconde électrode 11. Le rétrécissement évite le retour du gaz entrant. Pour améliorer le contact du gaz entrant avec la matière 10 catalytique active, le canal de diffusion de gaz 13 comporte des orifices de contact 16 qui améliorent l'entrée du gaz dans la seconde électrode 11 et ainsi qui augmentent le taux de conversion catalytique. Ainsi, par exemple, l'oxygène qui a été converti en ions oxygène de manière catalytique dans la première chambre 2 pourra quitter de nouveau, de ma- 15 nière relativement rapide, la première chambre 2 grâce à l'intégration du canal de diffusion de gaz 13 dans le premier dispositif à électrode en forme de membrane 5 et ainsi passer à proximité de la membrane en électrolyte solide 9. Cela se fait par le pompage des ions oxygène par la membrane en électrolyte solide 9 vers la première électrode 10. Les ori- 20 fices de contact permettent d'augmenter de manière significative, le taux de pompage de l'oxygène dans le détecteur de gaz 1 selon l'invention. Le canal de diffusion de gaz 13 permet également de raccourcir la diffusion sur la première surface catalytique non active des électrodes à travers la première chambre 2. Cela augmente également la 25 conversion du gaz. En principe, on peut prévoir un détecteur de gaz 1 réalisé comme le détecteur de gaz 1 de la figure 1, mais dont on a supprimé l'ouverture 4 et, à sa place, dans le premier dispositif à électrodes en forme de membrane 5 on a prévu un ensemble de canaux de diffusion 30 de gaz 13 ; ce détecteur de gaz peut être réalisé comme à la figure 1 sans l'ouverture 4, mais également, de façon analogue au détecteur de gaz 1 de la figure 3. Ces canaux de diffusion de gaz 13 peuvent être répartis, par exemple, de manière homogène à la surface du premier dispositif à électrode en forme de membrane 5 ou encore pour que les 35 segments éloignés du canal de liaison 7 du premier dispositif à élec- 3044419 14 trode en forme de membrane 5 présentent une densité relativement plus élevée de canaux de diffusion de gaz 13 que les segments du premier dispositif d'électrode en forme de membrane 5 plus proches du canal de liaison 7. 5 Dans le dispositif de la figure 1, le gaz qui entre par l'ouverture 4 dans la première chambre 2 sera appauvri en oxygène et arrive ainsi à l'état appauvri dans la seconde chambre 3. Comme l'ouverture 4 se trouve à l'extrémité de la première chambre 2 éloignée de la seconde chambre 3, on a une asymétrie géométrique qui peut être 10 nécessaire pour permettre d'appauvrir le gaz en oxygène, lorsqu'il entre dans le canal de liaison 7. Toutefois, ainsi les segments situés à proximité de l'ouverture 4 du premier dispositif de l'électrode en forme de membrane 5 peuvent réaliser un taux de pompage élevé qui, toutefois, tenant compte de la teneur en oxygène encore présente pourrait être 15 plus élevée mais qui est toutefois limité du point de vue technique. Les segments situés en direction du canal de liaison 7 du premier dispositif à électrode en forme de membrane 5 sont exposés à un gaz dont la teneur en oxygène est déjà diminuée du fait du pompage fait en amont. La puissance de pompage que l'on peut réaliser techniquement peut 20 alors être suffisante, mais il est de plus en plus difficile de fournir des molécules d'oxygène à l'électrode tournée vers la chambre. Si l'on supprime l'ouverture 4 et on la remplace par un ensemble de canaux de diffusion de gaz 13 dans le premier dispositif à électrode en forme de membrane 5, on augmente la surface active par 25 laquelle on pompe de l'oxygène. Ces canaux de diffusion de gaz peuvent être réalisés comme le montre par exemple la figure 2. De plus, on peut, de cette manière, homogénéiser l'arrivée de gaz et l'utilisation de l'effet de pompage. La puissance de pompage peut être régularisée au niveau du premier dispositif à électrode en forme de membrane 5 si bien qu'à 30 tous les endroits on pourra utiliser, par exemple, la puissance de pom- page maximale. En effet, dans chaque canal de diffusion de gaz, il y a tout d'abord du gaz qui n'est pas encore appauvri en oxygène et, par comparaison avec le détecteur de gaz 1 de la figure 1 qui comporte l'ouverture 4, il n'y a pas, d'une part, des segments dont la puissance 35 de pompage est trop faible vis-à-vis de la concentration en oxygène qui 3044419 15 règne à cet endroit et d'autre part, des segments où il y a insuffisamment de molécules d'oxygène pour la puissance de pompage. Dans les détecteurs ou sondes lambda usuels, la sensibi- lité non linéaire vis-à-vis de la concentration d'oxygène peut présenter 5 des difficultés. De telles sondes ou détecteurs lambda ont un compor- tement à variation brusque (saut) c'est-à-dire que l'on a une concentration à seuil pour laquelle le signal augmente brusquement. Il est alors avantageux de linéariser la sensibilité. La figure 3 montre la vue en coupe d'un détecteur de gaz 10 20, perfectionné, selon un second mode de réalisation de l'invention. Le détecteur de gaz 20 est, par exemple, réalisé sous la forme d'une sonde lambda à bande large avec trois canaux de diffusion de gaz 13. Les canaux de diffusion de gaz peuvent être réalisés comme le montre la figure 2. Le détecteur de gaz comporte en outre un volume de pompage 15 d'oxygène 21 entre un premier dispositif à électrode en forme de mem- brane 5 et un second dispositif à électrode en forme de membrane 6. Suivant la concentration en oxygène du gaz à mesurer on peut modifier la direction de pompage. Le volume de pompage d'oxygène 21 constitue un réservoir supplémentaire d'oxygène servant à linéariser le signal en 20 ce que l'on maintient constante la concentration en oxygène que l'on mesure par rapport à une concentration en oxygène de référence. La figure 4 montre un troisième mode de réalisation d'un détecteur de gaz 30. Le détecteur de gaz 30 se distingue du détecteur de gaz 20 de la figure 3 par l'existence de structures d'appui 17. Les struc- 25 tures d'appui 17 stabilisent les canaux de diffusion de gaz 13 en ce qu'ils soutiennent ceux-ci par rapport au dispositif à électrodes en forme de membrane 5. On évite ainsi toute obturation gênante des canaux de diffusion de gaz 13 sous l'effet de forces mécaniques ou de poussées. 30 La structure de support 17 représentée à gauche à la fi- gure 4 est reliée à la membrane en électrolyte solide 9 et/ou la première électrode 10 et/ou la seconde électrode 11. Pour cela, la structure de support peut être poreuse, traversée par des canaux de diffusion de gaz 13. 3044419 16 La structure de support 17 représentée à droite à la fi- gure 4 est reliée à la fois à la membrane en électrolyte solide 9 et à la première électrode 10 ainsi qu'à la seconde électrode 11. La figure 5 est une vue en coupe d'un quatrième mode de 5 réalisation d'un autre détecteur de gaz 40. Dans cette forme de réalisa- tion, le canal de diffusion de gaz 13 a une structure en forme de L. Une première branche 41 de cette structure en forme de L est prévue dans la membrane à électrolyte solide 9 ; la seconde branche 42 de la structure en forme de L se trouve à la surface limite entre la membrane en élec- 10 trolyte solide 9 et la première électrode 10. La hauteur H de la seconde branche 42 est limitée par une structure de couverture 43 pour favoriser l'entrée ciblée du gaz par un côté, à savoir le côté droit, dans le canal de diffusion de gaz 13. On augmente ainsi le taux de diffusion et on ne gène pas la sortie du gaz 15 non converti. Pour des raisons concernant la diffusion, la hauteur H de la seconde branche 42 est inférieure à la longueur Li de la première branche 41. La hauteur H de la seconde branche 42 est notamment au maximum égale à 2 }gym. 20 La figure 6 montre un schéma explicitant le procédé de fabrication d'un détecteur de gaz selon un mode de réalisation de l'invention. Une fois fabriqué, le détecteur de gaz a une première électrode 10, une seconde électrode ainsi qu'une membrane en électro- 25 lyte solide 9 conduisant les ions oxygène entre la première électrode 10 et la seconde électrode ; la membrane en électrolyte solide 9 a au moins un canal de diffusion de gaz 13 relié de façon à communiquer dans le sens de passage du gaz avec la première électrode 10 et la seconde électrode. La figure 6 montre toutefois uniquement la partie du détecteur de 30 gaz comportant la membrane en électrolyte solide 9. Tout d'abord, on réalise et on met en structure une membrane en électrolyte solide 9 sur un substrat 19. La mise en structure consiste, par exemple, à prévoir des cavités 22 traversant toutes l'épaisseur de la couche de la membrane en électrolyte solide 9. La mise 35 en structure peut se faire par une opération de gravure anisotrope ou 3044419 17 isotrope ; pour cela on détermine les parties à structurer par un procédé photo-lithographique, par exemple, un procédé utilisé dans la technique des microsystèmes. Par l'étape A, on applique une matière sacrificielle 18 sur 5 la membrane en électrolyte solide 9. La matière sacrificielle 18 a pour fonction de stabiliser la structure de membrane en électrolyte solide 9 pendant la fabrication du détecteur de gaz. Pour cela, on applique la matière sacrificielle 18 dans la forme du canal de diffusion de gaz à réaliser et, comme le montre la figure 6, on a une structure en L ou une 10 structure en forme de double L. Dans l'étape B, on limite la structure de couverture 43 sur la matière sacrificielle 18 plus précisément sur la branche de la matière sacrificielle 18 en forme de L appliquée sur la membrane en électrolyte solide 9 ; cette structure de couverture limite la hauteur du 15 canal de diffusion de gaz que l'on obtiendra ensuite. La hauteur résulte, par exemple, de l'épaisseur de la couche de matière sacrificielle ou couche sacrificielle 18. Dans une autre étape C, on enlève au moins partielle- ment la matière sacrificielle 18 en dégageant le canal de diffusion de gaz 20 13. Dans le cas présent, il subsiste des résidus séparés de la structure de la matière sacrificielle 18 qui soutiennent la structure de couverture 43 (ces résidus ne sont pas représentés dans le plan de coupe). La matière sacrificielle 18 est de préférence dans la ma- tière de l'électrode à installer sur la membrane en électrolyte solide 9 de 25 sorte que même s'il subsiste des résidus de structure de la matière sa- crificielle 18, cela n'a pas de conséquence secondaire. Dans les étapes qui suivent les étapes du procédé, décrites ci-dessus, on applique les électrodes 10 et 11. La structure de couverture 43 est, de préférence, en une 30 matière qui reste après enlèvement de la matière sacrificielle 18. Des matières particulièrement appropriées pour la structure de couverture sont SiC, SiN, YSZ et LSN. Le procédé est simple à réaliser et permet de former de manière ciblée, des canaux de diffusion de gaz. 3044419 18 La figure 7 est une vue en coupe de détail d'un cinquième mode de réalisation d'un détecteur de gaz 50 selon l'invention. De façon détaillée, la figure 7 est une coupe d'une membrane en électrolyte solide 9. Les électrodes qui se trouvent habituellement au-dessus ou en des- 5 sous de la membrane 9 ne sont pas représentées. Au bord gauche ou droit, la membrane 9 est limitée par un substrat 19 ou est reliée à l'ensemble du détecteur. La mince couche constitue la membrane conductrice d'ions d'oxygène, c'est-à-dire la membrane à électrolyte solide 9 qui se compose d'un ensemble de sous-membranes. Les structures 52 10 sont les structures de rigidification mécaniques. On peut également les appeler structures d'appui 17. Dans une vue non représentée ici, les structures 52 ou les structures de renforcement ou structures d'appui 17 ont, par exemple, une forme de nids d'abeilles avec une section ronde, elliptique, polygonale (à trois côtés, quatre côtés, cinq côtés, six 15 côtés, etc.). La forme des structures 52 ou structures de renforcement est choisie pour stabiliser une membrane composée mécaniquement d'un ensemble de sous-membranes avec un profil en L. Les structures de renforcement 52 ou structures d'appui 17 comportent alors des élargissements 23 qui viennent en saillie dans la direction d'empilage et sur 20 lesquelles s'appuient les sous-membranes. L'élargissement 23 sous la membrane YSZ présente ainsi une surface d'appui agrandie, ce qui permet de réaliser une liaison de stabilisation et d'étanchéité de la membrane en électrolyte solide 9. Les structures 52 ou structures d'appui peuvent avoir en 25 leur milieu des cavités 24 résultant de la fabrication avec sur leur côté supérieur selon la figure 7, des ouvertures 25 pour l'entrée des gaz ou encore elles peuvent être poreuses pour permettre l'entrée du gaz. Les cavités 24 peuvent servir de canaux de diffusion de gaz 13. Les structures 52 ou structures d'appui peuvent avoir, par exemple, une forme 30 de coin comme celle de la figure 2. Cela signifie que si les deux élec- trodes 10, 11 sont appliquées sur la membrane en électrolyte solide 9, elles entourent la structure 52 ou la structure d'appui 17, de manière partielle, voire totale. La structure 52 ou la structure d'appui 17 peuvent avoir des orifices de contact 16 réalisés sur le côté pour favoriser la 3044419 19 diffusion du gaz. La structure d'appui 17 ou la structure 52 peut, par exemple, être en nitrure de silicium. Il est particulièrement avantageux de réaliser au moins un canal de diffusion de gaz 13 dans ou au voisinage de la structure 52 5 ou de la structure d'appui 17 car on peut ainsi utiliser les structures 52 ou structures d'appui 17 qui existent de toute façon pour former au moins un canal de diffusion de gaz 13. La stabilité ou solidité de la membrane et la surface active de la membrane sont avantageusement agrandies ainsi tout en améliorant les caractéristiques de diffusion et de 10 pompage. Les cavités 24 servant de canaux de diffusion de gaz 13 dans les structures d'appui 17 ou structures 52, peuvent être réalisées au cours d'une autre étape du procédé dans la structure 52 ou la structure d'appui seulement après avoir réalisé une forme pleine. Ce n'est 15 qu'ensuite que l'on applique les électrodes 10, 11 sur les deux côtés de la membrane en électrolyte solide 9. 20 3044419 20 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Détecteur de gaz 2 Première chambre 5 3 Seconde chambre 4 Ouverture 5 Premier dispositif d'électrode en forme de membrane 6 Second dispositif d'électrode en forme de membrane 7 Canal de liaison 10 8 Troisième dispositif d'électrode en forme de membrane 9 Membrane en électrolyte solide 10 Première électrode 11 Seconde électrode 12 Zone d'étanchéité 15 13 Canal de diffusion de gaz 14 Segment rectangulaire du canal de diffusion de gaz 15 Segment rétréci 16 Orifice de contact 17 Structure de support 20 18 Matière sacrificielle 19 Substrat 20 Second mode de réalisation d'un détecteur de gaz 21 Volume de pompage d'oxygène 22 Cavité / renfoncement 25 23 Elargissement 24 Cavité 25 Ouverture 30 Troisième mode de réalisation d'un détecteur de gaz Quatrième mode de réalisation d'un détecteur de gaz 30 41 Première branche du canal de diffusion de gaz 42 Seconde branche du canal de diffusion de gaz 43 Structure de couverture 50 Cinquième mode de réalisation d'un détecteur de gaz 52 Structure 35 REVENDICATIONS1°) Détecteur de gaz, notamment sonde lambda pour des véhicules automobiles équipés d'un moteur à combustion interne comportant une première électrode (10), une seconde électrode (11) ainsi qu'une mem- brane en électrolyte solide (9), conductrice d'ions oxygène, entre la pre- mière électrode (10) et la seconde électrode (11), détecteur dans lequel, la membrane en électrolyte solide (9) a au moins un canal de diffusion de gaz (13) relié dans le sens de la conduction de gaz à la première élec- trode (10) et à la seconde électrode (11). 2°) Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal de diffusion de gaz (13) est parallèle à la direction d'empilage (S) de la première électrode (10), de la membrane en électrolyte solide (9) et de la seconde électrode (11). 3°) Détecteur de gaz selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' en coupe longitudinale, le canal de diffusion de gaz (13) a un segment (15) allant en rétrécissant vers une extrémité. 4°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le canal de diffusion de gaz (13) s'étend dans la première électrode (10) et/ ou dans la seconde électrode (11). 5°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu' il comporte des orifices de contact (16) par lesquels le canal de diffusion de gaz (13) est en liaison de conduction de gaz avec la seconde électrode (11). 6°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu' 3044419 22 au moins un canal de diffusion de gaz (13) est réalisé dans une structure de support (52), notamment en forme de nids d'abeilles de la membrane en électrolyte solide (9), ou au moins un canal de diffusion de gaz (13) est réalisé de façon adja- 5 cente à une structure de support (52) en forme de nid d'abeilles de la membrane en électrolyte solide (9). 7°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que 10 le diamètre du canal de diffusion de gaz (13) est compris entre 1 nm et 5000 nm et notamment entre 50 nm et 1000 nm. 8°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que 15 le canal de diffusion de gaz (13) a une structure en forme de L dont une première branche (41) se trouve dans la membrane en électrolyte solide (9) et la seconde branche (42) dans la surface limite entre la membrane en électrolyte solide (9) et la première électrode (10). 20 9°) Détecteur de gaz selon la revendication 8, caractérisé en ce que la hauteur (H) de la seconde branche (42) est limitée par une structure de couverture (43). 25 10°) Détecteur de gaz selon la revendication 9, caractérisé en ce que la hauteur (H) de la seconde branche (42) est inférieure à la longueur (Li) de la première branche (41) et elle est notamment au maximum égale à 2 pm. 30 11°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la longueur de la seconde branche est comprise entre 1 pm et 100 pm. 35 3044419 23 12°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la paroi du canal de diffusion de gaz (13) forme une structure d'appui (17) reliée à la membrane en électrolyte solide (9) et/ou la première élec- 5 trode (10) et/ ou la seconde électrode (11). 13°) Détecteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu' il comporte en outre une première chambre (2) et une seconde chambre 10 (3) reliées par une zone d'étanchéité (12) et un canal de liaison (7) réali- sé dans celle-ci, la seconde électrode (11) étant en liaison de communication de gaz avec la première chambre (1). 14°) Procédé de réalisation d'un détecteur de gaz comportant une pre- 15 mière électrode (10), une seconde électrode (11) et une membrane en électrolyte solide conductrice d'ions oxygène (9) entre la première électrode (10) et la seconde électrode (11), la membrane en électrolyte solide (9) ayant au moins un canal de diffusion de gaz (13) relié en conduction de gaz à la première électrode (10) 20 et à la seconde électrode (11), procédé consistant à : appliquer et mettre en structure la membrane en électrolyte solide (9) sur un substrat (19), appliquer une matière sacrificielle (18) sur la membrane en électro- 25 lyte solide (9), appliquer une structure de couverture (43) sur la matière sacrificielle (18) et, enlever au moins partiellement la matière sacrificielle (18) en dégageant le canal de diffusion de gaz (13). 30 15°) Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la structure de couverture (43) est en une matière qui subsiste lorsque la matière sacrificielle (18) est enlevée et notamment en SiC, SiN, YSZ et 35 LSN.