Le méthane est un gaz à effet de serre dont l'impact sur l'environnement est considérable. C'est pourquoi de nombreuses initiatives visent à réduire ses émissions, à l'image de
l'Engagement mondial sur le méthane, dont les signataires s'engagent à atteindre une diminution de 30 % entre 2020 et 2030. Un objectif qui, à l'échelle de l'Union européenne, se décline en
une série de réglementations imposant notamment aux industriels un contrôle rigoureux de leurs rejets et fuites de gaz.
Des capteurs miniatures de méthane d'une précision inédite
Par conséquent, ces acteurs sont à la recherche de nouvelles solutions leur permettant de surveiller efficacement leurs émissions de méthane à des faibles niveaux de concentrations. C'est ce que propose l'entreprise eLichens, qui s'appuie sur des innovations développées au CEA-Leti pour commercialiser des capteurs et systèmes de capteurs miniatures reposant sur la technologie NDIR (infrarouge non dispersif).
Néanmoins, les dispositifs actuels demeurent limités dans leurs performances, à plus forte raison en conditions extérieures, présentant une grande variabilité. Or, les industriels expriment le besoin d'un niveau élevé de précision, avec une limite de détection de l'ordre du ppm (partie par million).
« Aujourd'hui, les capteurs NDIR du marché – à faibles encombrement, consommation d'énergie et coûts de production – peuvent atteindre au mieux une limite de détection pour le méthane autour de plusieurs dizaines de ppm », constate Vincent Destefanis, responsable partenariats sur le volet des capteurs optiques au CEA-Leti. « Il existe bien des solutions commerciales de détection du méthane capables d'aller jusqu'au ppm, mais ce sont de gros systèmes, énergivores et couteux, peu transportables et qui ne permettent pas de faire de la cartographie de détection de gaz. »
C'est pour dépasser ces limites qu'eLichens et le CEA-Leti, forts d'une collaboration fructueuse d'une dizaine d'années, travaillent en commun dans le projet Fuitographie. Retenu dans le cadre de l'appel à projets
« Projets Structurants Pour la Compétitivité (PSPC) – Régions », celui-ci est soutenu par la Région Auvergne-Rhône-Alpes, Grenoble Alpes Métropole et Bpifrance (au titre du Plan d'Investissements d'Avenir en 2020).
Nouvelle architecture de sources lumineuses MEMS
L'objectif de Fuitographie est premièrement de développer une nouvelle génération de capteurs de méthane, à hautes performances, tout en étant peu encombrants, peu consommateurs en énergie et peu coûteux. Un autre objectif principal du projet est de déployer plusieurs capteurs en réseau au sein d'un environnement d'utilisation représentatif, de sorte à cartographier les émissions de méthane en environnement industriel. Un tel déploiement industriel est rendu possible par la participation de GRDF au projet.
« Un des défis consistait à développer une innovation de rupture vis-à-vis de l'état de l'art tout en conservant une configuration technologique similaire à celle utilisée aujourd'hui par eLichens », souligne Vincent Destefanis.
La mission du CEA-Leti est évidemment d'aider eLichens à rapidement industrialiser et commercialiser cette innovation technologique, sur un marché très concurrentiel.
Pour y parvenir, le CEA-Leti s'est appuyé sur son expertise en design et fabrication de capteurs optiques miniatures, via ses technologies de fabrication à l'état de l'art en microélectronique et microsystèmes (MEMS).
« Le principe de ces capteurs optiques est de mesurer la diminution d'intensité lumineuse après le passage de la lumière à travers un gaz », décrit Vincent Destefanis. « Ici, l'innovation principale réside en une nouvelle architecture de source lumineuse, intégrée au sein d'un capteur MEMS miniature. Cela permet d'émettre davantage de lumière, tout en respectant les contraintes de dimensions, de consommation et de coûts. »
Le CEA-Leti a mené le développement de cette innovation, depuis de nouveaux designs de sources lumineuses jusqu'à l'évaluation de leurs performances. Cette étape, réalisée en environnement laboratoire, a permis de démontrer le niveau de performances de cette innovation, avec une limite de détection du méthane au niveau du ppm. Le déploiement de cette innovation sur un site industriel de GRDF a également pu être menée, donnant lieu à
la publication d'un livre blanc par eLichens