Brevet FR3053783A1 — publié le 20180112

DISPOSITIF DE SPECTROSCOPIE INFRA-ROUGE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif de spectroscopie infra-rouge compact et léger destiné à détecter un ou plusieurs gaz. ART ANTÉRIEUR La détection et l'identification de gaz présentent un enjeu majeur dans les environnements industriels et domestiques. En effet, pour des raisons de sécurité par exemple, il peut être nécessaire de détecter la présence d'un gaz, et le cas échéant d'en déterminer la concentration. A cet égard, les hydrocarbures, dont certains présentent une dangerosité importante, doivent pouvoir être détectés et surtout correctement identifiés. C'est notamment le cas du méthane et de l'éthane qui sont des gaz explosifs, et dont la concentration peut être particulièrement élevée dans les usines d'hydrocarbures et de gaz, mais également dans des environnements domestiques, dès lors qu'une fuite de gaz est observée. Ainsi, afin de détecter efficacement ces gaz, une multitude de systèmes de détection et d'identification de gaz doivent être répartis dans les usines de gaz et d'hydrocarbures. Cette contrainte impose donc à ces systèmes de détection de gaz de présenter un faible coût, et également un encombrement réduit. En outre, des solutions portables ou mobiles peuvent également être requises. La spectroscopie infra-rouge est une méthode particulièrement efficace pour la détection et l'identification des gaz. Cependant, les dispositifs actuels, notamment les équipements fonctionnant sur le principe de la spectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier, sont extrêmement coûteux et encombrants. Par ailleurs, la mise en oeuvre de ces dispositifs doit répondre à des exigences en termes de niveau de vibrations et de variations de températures qui les rendent incompatibles avec les applications précitées. 3053783 2 Un but de la présente invention est alors de proposer un dispositif de détection et d'identification de gaz présentant un encombrement et un coût réduit par rapport aux systèmes de spectroscopie infra-rouge connus de l'état de la technique. Un autre but de la présente invention est également de proposer un 5 dispositif de détection et d'identification de gaz léger. EXPOSÉ DE L'INVENTION Les buts de l'invention sont au moins en partie atteints par un dispositif de spectroscopie infra-rouge comprenant : - une source lumineuse qui comprend un réseau métallique et des 10 moyens de chauffage du réseau métallique, le réseau métallique comprenant un ensemble de pistes métalliques parallèles à une direction X, et disposées selon une période P dans une direction Y perpendiculaire à la direction X, la source lumineuse étant destinée à émettre un rayonnement infra-rouge dans une gamme de longueurs d'ondes Xi déterminées par une température T imposée au réseau métallique par les moyens de 15 chauffage, le rayonnement infra-rouge étant directionnel de sorte que chaque longueur d'onde Xi est émise selon un plan Pi qui lui est propre, le plan Pi fait un angle el avec un plan Ps de symétrie du réseau métallique, le plan Ps comprend la direction X et est normal au réseau métallique, un thermo-détecteur à une distance d de la source lumineuse, et qui 20 comprend au moins une cellule thermosensible destinée à collecter au moins en partie le rayonnement infra-rouge directionnel susceptible d'être émis par la source lumineuse. Ainsi, le dispositif selon invention est léger et peu encombrant. Par ailleurs, son agencement permet de faire une collecte sélective en longueur d'onde du rayonnement lumineux, et ainsi reconstruire le spectre d'absorption 25 d'une espèce gazeuse. En outre, le dispositif selon l'invention n'est pas sensible aux conditions environnementales et aux vibrations, et son emploi dans des applications mobiles peut être envisagé. 3053783 3 Selon un mode de réalisation, les moyens de chauffage comprennent une membrane chauffante sur laquelle repose le réseau métallique, la membrane chauffante comprenant un élément chauffant intercalé entre une première couche et une seconde couche faites d'au moins un matériau diélectrique. 5 Selon un mode de réalisation, la gamme de longueurs d'ondes est comprise entre une longueur d'onde minimale ,min et une longueur d'onde maximale Xmax, la période P du réseau métallique étant égale à la longueur d'onde minimale ,min. Selon un mode de réalisation, les pistes métalliques ont une épaisseur supérieure à un cinquantième de la longueur d'onde minimale ,min. 10 Selon un mode de réalisation, les pistes métalliques ont une largueur, mesurée selon la direction Y, égale à la moitié de la période P. Selon un mode de réalisation, chaque longueur d'onde Xi et l'angle ei correspondant sont liés par la relation : Xi = P(1+sin(ei)). Selon un mode de réalisation, les pistes métalliques comprennent au 15 moins un choisi parmi les matériaux suivants: tungstène, Aluminium, Cuivre, Or, Argent, Tantale, Titane, Palladium, Molybdène, Platine. Selon un mode de réalisation, l'au moins une cellule thermosensible comprend un bolomètre. Selon un mode de réalisation, le thermo-détecteur comprend une 20 pluralité de cellules photosensibles agencées selon une colonne parallèle à la direction X. Selon un mode de réalisation, le dispositif de spectroscopie infra-rouge comprend en outre des moyens de rotation destinés à faire pivoter la source lumineuse autour d'un axe parallèle à la direction X. Selon un mode de réalisation, le thermo-détecteur comprend une 25 pluralité de cellules photosensibles agencées sous forme d'une matrice parallèle à un plan comprenant les directions X et Y. Selon un mode de réalisation, la source lumineuse est disposée parallèlement au thermo-détecteur. 3053783 4 Selon un mode de réalisation, l'ensemble formé par le thermo-détecteur et la source lumineuse est symétrique par rapport à un plan parallèle aux pistes métalliques. Selon un mode de réalisation, la source lumineuse s'étend sur une 5 longueur I selon la direction Y, le rapport de la longueur I sur la distance d étant supérieur à un centième. Selon un mode de réalisation, la longueur I est comprise entre 10 um et 1 mm, par exemple 250 um. Selon un mode de réalisation, la distance d est comprise entre 1 mm et 10 10 cm, par exemple 1 cm. Selon un mode de réalisation, le thermo-détecteur comprend 320 colonnes de cellules thermosensibles parallèles à la direction X, les cellules thermosensibles présentant une forme carrée de 25 um de côté. Selon un mode de réalisation, le dispositif de spectroscopie infrarouge 15 comprend en outre un module de traitement de données susceptibles d'être collectées par le thermo-détecteur. L'invention concerne également un procédé d'utilisation du dispositif de spectroscopie infra-rouge pour la détection et l'identification d'hydrocarbures, les hydrocarbures comprenant avantageusement du méthane et de l'éthane. 20 Selon un mode de réalisation, les moyens de chauffage chauffent le réseau métallique à une température adaptée pour que la source lumineuse émette un rayonnement infra-rouge dans une gamme de longueurs d'ondes s'étendant de 3 um à 4,69 um. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 25 D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre des modes de réalisation du dispositif de spectroscopie infra-rouge, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique de la source lumineuse dans un plan comprenant les directions X et Y, selon l'invention, 3053783 5 - la figure 2a est une représentation schématique de la membrane chauffante dans un plan comprenant les directions X et Y, - la figure 2b est une représentation schématique de la membrane chauffante dans un plan de coupe AA' (indiqué à figure 2a), 5 - la figure 3 est une représentation schématique de la source lumineuse selon un plan de coupe comprenant le plan H, la figure 3 illustrant en outre le caractère directionnel de la source lumineuse selon l'invention, - les figures 4a et 4b sont des représentations graphiques de l'émissivité directionnelle de deux sources lumineuse selon l'invention, plus particulièrement, les 10 représentations graphiques donnent, en nuance de gris, l'intensité lumineuse à une longueur d'onde donnée (selon l'axe vertical) en fonction de l'angle d'émissivité 0 (selon l'axe horizontal), - la figure 5a est une représentation schématique du dispositif de spectroscopie infra-rouge selon un premier mode de réalisation de l'invention, 15 - la figure 5b est une représentation schématique du thermo-détecteur selon un plan de coupe BB' indiqué à la figure 5a, et relatif au premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 6a est une représentation schématique du dispositif de spectroscopie infra-rouge selon un second mode de réalisation de l'invention, 20 - la figure 6b est une représentation schématique du thermo-détecteur selon un plan de coupe CC' indiqué à la figure 6a, et relatif au second mode de réalisation de l'invention, - la figure 7 est une représentation schématique du dispositif de spectroscopie infra-rouge selon le second mode de réalisation de l'invention, le thermo- 25 détecteur ne comprenant qu'une ligne de cellules thermosensibles, parallèle à la direction Y, et comprenant en outre les moyens de focalisation, - la figure 8 est une représentation graphique de la variation du flux lumineux collecté (sur l'axe vertical) par le canal d'acquisition Ci associé à la longueur d'onde 4,26 iim en fonction de la concentration de CO2 en ppm (sur l'axe horizontal), selon le second mode de réalisation de l'invention, 3053783 6 - la figure 9 illustre la largeur spectrale effectivement collectée par une série de canaux d'acquisition adjacents pour une distance d de 1 cm, et un pas matriciel Pm de 25 um selon l'invention, l'axe vertical représente l'intensité lumineuse en unités arbitraires, et l'axe horizontal la longueur d'onde, 5 - la figure 10 illustre les différences des intensités lumineuses collectée par la série de canaux d'acquisition adjacents de la figure 9, l'axe vertical représentant les intensités lumineuses et l'axe horizontal représentant la longueur d'onde, - la figure 11 représente les spectres d'absorption du méthane M et de l'éthane E en superposition avec les différences des intensités lumineuses émises par la 10 source lumineuse, et collectées par la série de canaux d'acquisition adjacents de la figure 9, - la figure 12a représente la superposition des spectres d'absorption infra-rouge du méthane (M) et de l'éthane (E) en fonction du nombre d'onde en cm-1 (sur l'axe horizontal), 15 - les figures 12b (pour le méthane), 12c (pour l'éthane) et 12d (pour un mélange méthane/éthane) représentent, en niveaux de gris, l'intensité infra-rouge collectée par des canaux d'acquisition (numérotés de 1 à 10). EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Pour les différents modes de mise en oeuvre, les mêmes références 20 seront utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction, par souci de simplification de la description. La présente invention met en oeuvre un dispositif de spectroscopie infrarouge peu encombrant et léger. Le dispositif de spectroscopie infra-rouge comprend une source lumineuse en forme de membrane suspendue adaptée pour émettre un 25 rayonnement infra-rouge directionnel (nous définirons par la suite le terme « directionnel »), et un thermo-détecteur comprenant au moins une ligne de cellules thermosensibles. L'agencement de l'au moins une ligne de cellule thermosensibles par rapport à la source lumineuse permet de mettre oeuvre des mesures de spectroscopie infra-rouge. 3053783 7 Aux figures 5a et 6b, on peut voir des représentations schématiques du dispositif de spectroscopie infra-rouge 10 selon l'invention. Le dispositif comprend une source lumineuse 20 représentée à la figure 1. La source lumineuse est adaptée pour émettre un rayonnement lumineux dans le 5 domaine infra-rouge (ci-après « infra-rouge »). La source lumineuse 20 comprend un réseau métallique 30 formé par un ensemble de pistes métalliques 31 et une couche métallique 32. De manière avantageuse, les pistes métalliques 31 sont en contact direct avec la couche métallique 32. 10 L'épaisseur de la couche métallique 32 est avantageusement supérieure à 50 nm, encore plus avantageusement supérieure à 100 nm. Les pistes métalliques 31 sont disposées parallèlement à une direction X. Dans le cadre de la présente invention, nous considérons que le réseau métallique 30 est plan. 15 Les pistes métalliques 31 sont également disposées périodiquement avec une période P selon une direction Y perpendiculaire à la direction X. De manière avantageuse, la source lumineuse 20 s'étend sur une longueur I selon la direction Y. Plus particulièrement, la longueur I est comprise entre 10 iim et 1mm, par exemple 250 iim. 20 Les pistes métalliques 31 peuvent comprendre au moins un des métaux suivants parmi : tungstène, Aluminium, Cuivre, Or, Argent, Tantale, Titane, Palladium, Molybdène, Platine. La couche métallique 32 peut comprendre au moins un des métaux suivants parmi : tungstène, Aluminium, Cuivre, Or, Argent, Tantale, Titane, Palladium, 25 Molybdène, Platine. La source lumineuse 20 comprend également des moyens de chauffage 40 du réseau métallique 30. Il est ainsi entendu, sans qu'il soit nécessaire de le préciser, que les moyens de chauffage 40 sont adaptés pour imposer une élévation de température au réseau métallique 30. 3053783 8 La source lumineuse 20 peut, avantageusement, être mise sous vide (encapsulée) afin de limiter les pertes par conduction dans l'air, et ainsi améliorer son efficacité. Les techniques d'encapsulation des sources lumineuses sont connues de l'homme du métier et ne sont donc pas décrites dans la présente invention. 5 Il est connu qu'un corps, par exemple un corps métallique, émet un rayonnement dont l'étendue spectrale dépend de sa température. Plus particulièrement, ce rayonnement, aussi connu sous le nom de rayonnement du corps noir, est régi par la loi de Planck. Ainsi, à titre d'exemple, du tungstène chauffé à 500°C émet une majeure 10 partie de son rayonnement lumineux dans la gamme de longueurs d'ondes 3 um à 4,69 um. Les moyens de chauffage 40 peuvent comprendre une membrane, par exemple une membrane chauffante 41, sur laquelle repose de réseau métallique 30 (représentée selon une vue de dessus à la figure 2a, et selon un plan de coupe AA' à la figure 2b). La membrane chauffante 41 peut avoir une forme circulaire ou carrée ou 15 rectangulaire. La membrane chauffante 41 peut comprendre un élément chauffant 42, intercalé entre une première couche 43 et une seconde couche 44 faite chacune d'au moins un matériau diélectrique. L'élément chauffant 42 peut comprendre un métal, par exemple du 20 platine. L'au moins un matériau diélectrique formant le première couche 43 et la seconde couche 44 peut comprendre au moins un des matériaux parmi : le nitrure de silicium, l'oxyde de silicium. La membrane chauffante 41 peut être dimensionnée et fabriquée selon 25 la méthode décrite dans le document [1] cité à la fin de la description. Ainsi, selon un mode de réalisation avantageux, la première couche 43 peut comprendre une couche de nitrure de silicium (Si3N4) de 100 nm d'épaisseur. La seconde couche 44 peut comprendre une couche d'oxyde de silicium (Si02) de 100 nm d'épaisseur sur laquelle repose une couche de nitrure de silicium de 100 nm d'épaisseur. L'élément chauffant 42 peut comprendre un 30 empilement de TiN/Pt/TiN, respectivement de 10 nm, 30 nm, et 10 nm d'épaisseur. La 3053783 9 membrane chauffante 40 peut être de forme circulaire avec un diamètre compris entre 50 um et 150 um, par exemple 50 um ou 100 um ou 150 um. La formation du réseau métallique 30 sur la membrane chauffante 40 fait appel à des techniques connues de l'homme du métier et n'est donc pas décrite en détails 5 dans la présente demande. La source lumineuse 20 selon l'invention est ainsi adaptée pour émettre un rayonnement lumineux directionnel. Par rayonnement lumineux directionnel, on entend que chaque longueur d'onde X formant le rayonnement lumineux est émise dans un plan qui lui est propre. Plus 10 particulièrement, dans le cadre de la présente invention, lorsqu'il est chauffé à une température T, le réseau métallique 30 émet un ensemble de longueurs d'onde Xi. Chaque longueur d'onde Xi est émise selon un plan Pi . Le plan Pi fait un angle Oi avec un plan Ps de symétrie du réseau métallique 30. Le plan Ps comprend la direction X, et est normal au plan du réseau métallique 30. Il est également entendu, sans qu'il soit nécessaire de le préciser, 15 que chaque plan Pi et le plan de symétrie Ps s'intersectent au niveau du plan du réseau métallique 30. Les inventeurs ont démontré que la longueur d'onde Xi et l'angle Oi correspondant vérifient la relation (1). Xi = P(1+sin(6i)) (1) Ainsi, et de manière avantageuse, la gamme de longueurs d'ondes Xi est 20 comprise entre une longueur d'onde minimale ,min et une longueur d'onde maximale Xmax, la période P du réseau métallique étant égale à la longueur d'onde minimale ,min. Par exemple, le réseau métallique 30 peut être chauffé par l'élément chauffant 42 à une température de 500°C, de manière à émettre la majeure partie de son rayonnement lumineux compris dans la gamme de longueurs d'ondes 3 um - 4.69 um. 25 Une augmentation de la température imposée par l'élément chauffant 42 permet d'augmenter le rayonnement lumineux émis par le réseau métallique 30. Cependant, l'augmentation de ladite température augmente également la consommation électrique de l'élément chauffant 42, et peut également le dégrader. Il peut ainsi être avantageux de limiter la température imposée par l'élément chauffant 42 30 à 700°C. 3053783 10 De manière avantageuse, les pistes métalliques 31 ont une épaisseur E supérieure à un cinquantième de la longueur d'onde minimale ,min, de manière avantageuse l'épaisseur E est comprise entre un cinquantième et un dixième de la longueur d'onde minimale ,min. L'épaisseur E des pistes métalliques 31 est par exemple comprise 5 entre 50 nm et 300 nm, par exemple 175 nm. Par épaisseur d'une piste métallique 31, on entend la dimension de ladite piste métallique selon une direction perpendiculaire au plan du réseau métallique 30. Toujours de manière avantageuse, la largeur des pistes métalliques 31 est comprise entre 0,5um et 2,5um, par exemple 1,5 um. 10 Plus particulièrement, la largueur des pistes métalliques 31 peut être égale à la moitié de la période P du réseau métallique 30. Par largeur des pistes métalliques 31, on entend la dimension desdites pistes métalliques 31 selon la direction Y. La longueur des pistes métalliques 31 peut être comprise entre 10um et 15 1mm. Les inventeurs ont ainsi réalisé des simulations optiques d'une source lumineuse selon la présente invention afin de déterminer le spectre d'émissivité de ladite source en fonction de l'ange Oi. Dans ces simulations, les inventeurs ont considéré des pistes métalliques 31 faites de tungstène, avec une période P de 3 um. 20 La figure 4a est une représentation graphique d'une simulation optique selon une première configuration, l'épaisseur E est de 175 nm, et la largeur est de 1,5 um. Les pistes métalliques reposent également sur une couche métallique 32 de 100 nm de tungstène. Sur la figure 4a, l'axe vertical représente la longueur l'onde X, et l'axe horizontal l'angle d'émissivité O. L'intensité lumineuse émise pour chaque longueur 25 d'onde est donnée en niveaux de gris. La figure 4b est une représentation graphique d'une simulation optique selon une première configuration, l'épaisseur E est de 100 nm, et la largeur est de 2,5 um. Sur la figure 4b, l'axe vertical représente la longueur l'onde X, et l'axe horizontal l'angle d'émissivité O. L'intensité lumineuse émise pour chaque longueur d'onde est donnée en 30 niveaux de gris. 3053783 11 Ces simulations peuvent être mises à profit pour le dimensionnement de la source lumineuse 20 et/ou d'un thermo-détecteur 50. Le dispositif de spectroscopie infrarouge 10 comprend en outre un thermo-détecteur 50. 5 Le thermo-détecteur 50 comprend au moins une cellule thermosensible 51. Par cellule thermosensible 51, nous entendons une cellule apte à détecter de la chaleur incidente sur sa surface. Aussi, dès lors qu'un rayonnement infra-rouge est incident sur la surface 10 d'une cellule thermosensible, cette dernière subit une augmentation de température qui est fonction de l'énergie lumineuse du rayonnement infra-rouge incident. Par ailleurs, aussitôt qu'un rayonnement lumineux infrarouge incident sur une cellule thermosensible 51 provoque un échauffement de cette dernière, nous considérons que le rayonnement infrarouge est collecté par ladite cellule thermosensible. 15 L'au moins une cellule thermosensible 51 peut comprendre des bolomètres. Un bolomètre est une cellule apte à collecter un rayonnement infrarouge. Le bolomètre comprend généralement une membrane suspendue faite d'un matériau présentant un coefficient de température de résistance (« TCR » ou 20 « Te m pe rature Coefficient of Resistance » selon la terminologie Anglo-Saxonne). Autrement dit, la variation de température du bolomètre par absorption d'un rayonnement infra-rouge induit une variation de résistance électrique dudit bolomètre. Ainsi, la mesure et/ou la détection d'un rayonnement infra-rouge est basée sur une mesure de la variation de résistance électrique par la membrane suspendue du 25 bolomètre. Les bolomètres sont connus de l'homme du métier, et décrits par exemple dans la demande de brevet [2] citée à la fin de la description. De manière avantageuse, le thermo-détecteur 50 et la source lumineuse 20 sont en regard et à une distance d l'un de l'autre. Ainsi, l'au moins une cellule thermosensible 51 peut collecter une partie du rayonnement infra-rouge émit par la source 30 lumineuse 20. Plus particulièrement, dès lors que la source lumineuse 20 est directionnelle, 3053783 12 l'au moins une cellule thermosensible 51 n'est exposée qu'à une gamme restreinte de longueurs d'ondes. La distance d peut être comprise entre 1mm et 10cm, par exemple 1 cm. Avantageusement, le rapport de la longueur I sur la distance d étant 5 supérieur à un centième. De manière avantageuse, le dispositif de spectroscopie infra-rouge 10 peut comprendre en outre un module 60 de traitement de données susceptibles d'être collectées par le thermo-détecteur 50. Le module 60 de traitement de données peut être un ordinateur ou un calculateur équipé d'un programme d'ordinateur adapté pour traiter 10 les données collectées par le thermo-détecteur 50. Selon un premier mode de réalisation particulièrement avantageux illustré à la figure 5a, le thermo-détecteur 50 ne comprend qu'une colonne de cellules thermosensibles 51 agencée parallèlement à la direction X (figure 5b). Ainsi, la colonne de cellules thermosensibles 51 n'est exposée qu'à une 15 gamme restreinte de longueurs d'onde. Par exemple, une colonne de cellules thermosensibles 51 d'une largeur de 25 iim, et disposées à un centimètre de la source lumineuse 20 de période P = 3 iim, sera exposée, en théorie, à un rayonnement d'une largeur spectrale de 80 nm (nommé également résolution spectrale). 20 La colonne de cellules thermosensibles 51 peut comprendre 320 cellules thermosensibles 51. De manière avantageuse, et dans le cadre du premier mode de réalisation, la source lumineuse 20 peut être dotée d'un moyen de rotation 21, par exemple un moteur pas-à-pas. Ainsi, le thermo-détecteur 50 peut collecter et échantillonner 25 l'intégralité du rayonnement infra-rouge émis par la source lumineuse 20. Selon un second mode de réalisation, illustré à la figure 6a, le thermo- détecteur 50 comprend une pluralité de cellules photosensibles 51 agencées sous forme d'une matrice (figure 6b). 3053783 13 Par matrice, nous entendons un arrangement de cellules photosensibles régulier et périodique selon les directions X et Y. La périodicité selon la direction Y est notée pas matriciel Pm. Ainsi, nous définissons l'expression ligne de cellules thermosensibles par 5 un agencement de cellules thermosensibles alignées selon la direction Y. De manière équivalente, une colonne de cellules thermosensibles est un ensemble de cellules alignées selon la direction X. Il est entendu que la matrice peut ne comprendre qu'une seule ligne de cellules thermosensibles 51. Dans ce cas particulier, le dispositif de spectroscopie infra- 1 0 rouge 10 peut comprendre des moyens de focalisation 70 du rayonnement infra-rouge sur la ligne de cellules thermosensibles 51 (illustrée à la figure 7). Les moyens de focalisation 70 peuvent comprendre une lentille, par exemple une lentille convergente. Le choix ou le dimensionnement des moyens de focalisation 70 font partie des connaissances générales de l'homme du métier et ne sont 15 donc pas décrites plus en détails dans la présente description. De manière avantageuse, la source lumineuse 20 peut être disposée parallèlement au thermo-détecteur 50. Toujours de manière avantageuse, l'ensemble formé par le thermo- détecteur 50 et la source lumineuse 20 est symétrique par rapport à un plan parallèle aux 20 pistes métalliques 31, et perpendiculaire à la direction Y. Chaque colonne de cellules thermosensibles 51 correspond à un canal d'acquisition Ci d'une bande spectrale du rayonnement infra-rouge émis par la source lumineuse 20. La puissance spectrale détectée par un canal d'acquisition Ci peut être 25 déterminée afin de déterminer la sensibilité du dispositif de spectroscopie infra-rouge 10 selon l'invention. Par sensibilité, on entend la capabilité du dispositif de spectroscopie infra-rouge à détecter une variation d'intensité lumineuse à une longueur d'onde donnée du fait de la présence d'une espèce chimique entre la source lumineuse et le thermodétecteur 50. 3053783 14 A titre d'exemple, nous considérons la longueur d'onde 4,26 um (qui est une raie d'absorption du dioxyde de carbone CO2). La source lumineuse considérée dans cet exemple a les caractéristiques données dans le tableau 1 : Longueur d'onde 4,26 um Température 923 K Distance d 1 cm FWHM 100 nm Emissivité 0,5 5 Chaque canal d'acquisition Ci du thermo-détecteur comprend 480 bolomètres du type NEP 10 pW de 25 um de côté. Le flux alors collecté par le canal d'acquisition Ci associé à la longueur Xi de 4,26 um est de l'ordre de 165 nW, et est similaire au flux collecté par un capteur pyroélectrique illuminé par un corps noir (source lumineuse non directionnelle au sens de l'invention). Le dispositif selon l'invention présente un bruit 10 de détection de l'ordre de 205 pW (la détermination du bruit de détection fait partie des connaissances générales de l'homme du métier et n'est donc pas décrite dans la présente description). La figure 8 présente alors la variation du flux lumineux collecté (sur l'axe vertical) par le canal d'acquisition Ci associé à la longueur d'onde 4,26 um en fonction de la concentration de CO2 en ppm (sur l'axe horizontal). On peut déduire de ce graphique 15 qu'une variation de 1000 ppm en CO2 équivaut à une variation de flux de 30 nW (soit 100 fois supérieur au bruit de détection). Il est ainsi possible de détecter quelques dizaines de ppm de gaz (CO2) avec le dispositif de spectroscopie infra-rouge selon l'invention. La résolution spectrale du dispositif de spectroscopie infra-rouge selon l'invention est donnée par la largeur de la bande spectrale Bsi effectivement collectée par 20 chaque canal d'acquisition Ci. La détermination de la résolution spectrale doit tenir compte de la divergence du faisceau, de longueur d'onde Xi (la longueur d'onde Xi étant la longueur d'onde centrale de la bande spectrale Bsi collectée par le canal d'acquisition Ci) émis dans chaque direction di, et donnée par la relation suivante : 3053783 15 Z )2 W(Z) = %il + (- Zr où w(z) est la taille (surface) du faisceau, dans une direction donnée et à la distance z de la source lumineuse, wo est la surface de la source lumineuse effectivement vue par un canal d'acquisition, et zr est donnée par la relation : 5 Zr = 2 TrW o À La figure 9 illustre la largeur spectrale effectivement collectée par une série de canaux d'acquisition adjacents pour une distance d de 1 cm, et un pas matriciel Pm de 25 um. Nous observons ainsi une résolution spectrale du dispositif 10 de 80 nm à la figure 7. La figure 8 illustre, pour le même dispositif, les différences successives entre les 10 intensités collectées par des canaux d'acquisition voisins Ci et Ci+1. La résolution ainsi obtenue est de l'ordre de 40 nm. Le dispositif de spectroscopie infra-rouge 10 peut avantageusement être mis en oeuvre pour la détection et l'identification d'hydrocarbures, les hydrocarbures comprenant avantageusement du méthane et de l'éthane. 15 Il est entendu, sans qu'il soit nécessaire de le préciser, que la détection et l'identification d'hydrocarbures impose que ces derniers soient présents entre la source lumineuse 20 et le thermo-détecteur 50. Par ailleurs, les moyens de chauffage peuvent chauffer le réseau métallique 31 à une température adaptée pour que la source lumineuse 20 émette un 20 rayonnement infra-rouge dans une gamme de longueurs d'ondes s'étendant de 3 um à 4,69 um. A titre d'illustration, la figure 11 représente les spectres d'absorption du méthane et de l'éthane en superposition avec les différences des intensités lumineuses émises par la source lumineuse, et collectées par la série de canaux d'acquisition adjacents. 2 5 La figure 12a représente la superposition des spectres d'absorption infra- rouge du méthane (M) et de l'éthane (E) en fonction du nombre d'onde en cm-1 (sur l'axe horizontal). 3053783 16 Les figures 12b (pour le méthane), 12c (pour l'éthane) et 12d (pour un mélange méthane/éthane) représentent, en niveaux de gris, l'intensité infra-rouge collectée par des canaux d'acquisition (numérotés de 1 à 10). Les canaux d'acquisition 1 à 10 collectent chacun une bande spectrale de 40 nm, chaque canal d'acquisition étant 5 séparé « spectralement » de 8 nm des canaux d'acquisition les plus proches. Plus particulièrement, l'ensemble des 10 canaux d'acquisition permet de collecter un rayonnement infra-rouge s'étendant de 2945 cm' à 3025 cm-1. Un gris prononcé révèle une forte absorption du rayonnement avant qu'il n'atteigne le canal d'acquisition, tandis qu'un gris clair révèle une très faible absorption du rayonnement infra-rouge. La figure 12b 10 montre que les canaux d'acquisition 1 à 3 et 10 sont essentiellement sensibles à la présence de méthane, tandis que les canaux 4 à 8 peuvent révéler la présence d'éthane. Ainsi, le dispositif selon l'invention permet la détection mais aussi la discrimination d'hydrocarbures, et plus particulièrement de l'éthane et du méthane. L'analyse des niveaux de gris du signal collecté par chacun des canaux 15 permet également, par utilisation de la loi de Beer-Lambert, de déterminer la concentration des gaz détectés. Le dispositif de spectroscopie infra-rouge 10 selon l'invention est ainsi un dispositif peu encombrant, et présente un coût relativement bas. Il peut par conséquent être utilisé comme détecteur de gaz, plus particulièrement comme détecteur de méthane 20 et d'éthane. Le dispositif 10 permet également de déterminer la concentration dans l'air du gaz détecté. Par ailleurs, contrairement aux dispositifs spectroscopiques conventionnel, tels que les dispositifs à transformée de Fourier, le dispositif de spectroscopie infra-rouge selon l'invention n'est pas sensible aux vibrations, et est stable. 25 Il peut par conséquent également être utilisé comme équipement portable, et/ou sur des applications mobiles, embarqué sur des drones par exemple. 3053783 17 RÉFÉRENCES [1] P. Barritault et al., "Mid-IR source based on a free-standing microhotplate for autonomous CO2 sensing in indoor- applications", Sensors and Actuators A, 172, p. 379-385, (2011), 5 [2] FR 2 977 937. REVENDICATIONS1. Dispositif de spectroscopie infra-rouge (10) comprenant : - une source lumineuse (20) qui comprend un réseau métallique (30) et des moyens de chauffage (40) du réseau métallique (30), le réseau métallique (30) 10- comprenant un ensemble de pistes métalliques (31) parallèles à une direction X, et disposées selon une période P dans une direction Y perpendiculaire à la direction X, la source lumineuse (20) étant destinée à émettre un rayonnement infra-rouge dans une gamme de longueurs d'ondes 2i déterminées par une température T imposée au réseau métallique par les moyens de chauffage, le rayonnement infra-rouge étant directionnel de 15 sorte que chaque longueur d'onde 2d est émise selon un plan Pi qui lui est propre, le plan Pi fait un angle Oi avec un plan Ps de symétrie du réseau métallique (30), le plan Ps comprend la direction X et est normal au réseau métallique (30), - un thermo-détecteur (50) à une distance d de la source lumineuse, et qui comprend au moins une cellule thermosensible (51) destinée à collecter au moins en 20 partie le rayonnement infra-rouge directionnel susceptible d'être émis par la source lumineuse (20). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de chauffage (40) comprennent une membrane chauffante (41) sur laquelle repose le réseau 25 métallique (30), la membrane chauffante (41) comprenant un élément chauffant (42) intercalé entre une première couche (43) et une seconde couche (44) faites d'au moins un matériau diélectrique. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la gamme de 30 longueurs d'ondes est comprise entre une longueur d'onde minimale ,min et une longueur d'onde maximale Xmax, la période P du réseau métallique étant égale à la longueur d'onde minimale ,min. 3053783 19 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel dans les pistes métalliques ont une épaisseur supérieure à un cinquantième de la longueur d'onde minimale ,min. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les pistes métalliques ont une largueur, mesurée selon la direction Y, égale à la moitié de la période P. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel chaque longueur d'onde 2^,i et l'angle Oi correspondant sont liés par la relation : = P(l+sin(00). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les pistes métalliques comprennent au moins un des matériaux choisi parmi : tungstène, Aluminium, Cuivre, Or, Argent, Tantale, Titane, Palladium, Molybdène, Platine. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'au moins une cellule thermosensible comprend un bolomètre. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le thermo-détecteur comprend une pluralité de cellules photosensibles (51) agencées selon une colonne parallèle à la direction X. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le dispositif de spectroscopie infra-rouge (10) comprend en outre des moyens de rotation (21) destinés à faire pivoter la source lumineuse (20) autour d'un axe parallèle à la direction X. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le thermo-détecteur (50) comprend une pluralité de cellules photosensibles (51) agencées sous forme d'une matrice parallèle à un plan comprenant les directions X et Y. 3053783 20 5 12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel la source lumineuse est disposée parallèlement au thermo-détecteur (50). 13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel l'ensemble formé par le thermo-détecteur (50) et la source lumineuse (20) est symétrique par rapport à un 10- plan parallèle aux pistes métalliques (31). 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la source lumineuse s'étend sur une longueur I selon la direction Y, le rapport de la longueur I sur la distance d étant supérieur à un centième. 15 15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel la longueur I est comprise entre 10 µm et 1 mm, par exemple 250 gm. 16. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel la distance d est comprise entre 1mm et 10 cm, par exemple 1 cm. 20 17. Dispositif selon la revendication 16, le thermo-détecteur comprend 320 colonnes de cellules thermosensibles parallèles à la direction X, les cellules thermosensibles présentant une forme carrée de 25 µm de côté. 25 18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, dans lequel le dispositif de spectroscopie infrarouge comprend en outre un module (60) de traitement de données susceptibles d'être collectées par le thermo-détecteur. 19. Procédé d'utilisation du dispositif de spectroscopie infra-rouge 30 selon l'une des revendications 1 à 18 pour la détection et l'identification d'hydrocarbures, les hydrocarbures comprenant avantageusement du méthane et de l'éthane. 20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel les moyens de chauffage chauffent le réseau métallique à une température adaptée pour que la source - 3053783 21 5 lumineuse émette un rayonnement infra-rouge dans une gamme de longueurs d'ondes s'étendant de 3 pm à 4,69 ktm.