Projets de l'opération Rayonnement

Détection de gaz à l’état de trace par spectroscopie


Docteur et ATER: Tanguy DAVIN
Directeur : Bruno SERIO

La détection de gaz à l’état de trace représente un enjeu important pour la sécurité civile. La fuite de gaz de ville, la présence de gaz toxique en milieu industriel ou encore les fumerolles qui s’échappent d’un volcan, annonciatrices d’éruption, présentent de grands risques. La détection de ces gaz permet de surveiller ces phénomènes et limiter les accidents. La technique de détection par spectroscopie est analysée dans cette étude.

Un gaz traversé par une source absorbe une certaine quantité d’énergie, selon les caractéristiques spectrales de la source et du gaz. Le principe de la spectroscopie utilisé ici est l’analyse d’un signal laser traversant, sur une certaine distance, de l’air chargé de particules de gaz dangereux.

Principe de la spectroscopie appliqué à la détection de gaz

L’étude vise à réaliser expérimentalement un dispositif spectroscopique permettant de déterminer la concentration de gaz à l’état de trace. Ce système doit pouvoir fonctionner à distance, ce qui nous impose de considérer l’absorption par les gaz présents dans l’atmosphère. Cette absorption inévitable réduit les seuils de détection vers les très faibles concentrations. La méthode est appliquée dans un premier temps à la détection du méthane (CH4) pour s’intéresser dans un second temps à d’autres gaz comme le dioxyde de souffre (SO2).

Détermination par voie optique des champs de températures et concentrations dans une réaction de combustion


Doctorant : Julien Pierre OFFRET
Directeur : Philippe HERVE

Contexte et méthode :
Les champs de température et de concentration dans les réactions de combustion sont en général mal connus à cause de la difficulté de la mesure. En effet, les mesures intrusives usuelles perturbent à la fois l’écoulement et les réactions. Elles ne peuvent évidemment pas être utilisées dans des configurations fermées telles que les moteurs à explosion. Les méthodes optiques n’ont pas ce type de problèmes mais sont complexes car la mesure dépend simultanément de la température, de la concentration, de la
pression et pour les mesures en transmission de la température du fond de la scène. Le principal challenge de ce travail de thèse est de développer une méthode permettant de séparer ces trois paramètres par une méthode utilisable industriellement.
La méthode retenue est fondée sur le couplage d’une mesure spectrale en émission ou transmission avec une mesure LIDAR (Light Detection and Ranging) sub-centimétrique. Cette méthode présente l’avantage de donner les profils de température et de concentration en n’utilisant qu’une seule ligne de visée. La détermination précise des champs de température et de concentration pour les champs complexes rencontrés dans une combustion permettra alors de faire des avancées dans les domaines suivants :
  • Amélioration de la combustion : dans les moteurs on essaie de choisir un compromis entre la plus haute température possible pour améliorer le rendement et ne pas avoir de points chauds générateurs de NOX.
  • Sécurité : connaître la concentration des imbrulés de combustion susceptibles de s’enflammer de nouveau et d’engendrer des effets catastrophiques.
  • Aspects fondamentaux : une connaissance détaillée et quantifiée des réactions très complexes qui se produisent dans un front de flamme permettrait, en liaison avec une modélisation générale de la flamme, de faire un pas sur une meilleure compréhension des mécanismes de combustion.
Mesure sur un turboréacteur de modélisme :
Les figures suivantes représentent les profils de température et concentration en CO2 mesurés dans les gaz d’échappement d’un turboréacteur de modélisme (modèle JETCAT P100 RX de 10Kg de poussée).

Mis à jour le 23 décembre 2014