Capteur abordable pour détection précise de méthane à faibles concentrations

Nouveau capteur méthane ICLED à bas coût

Des chercheurs ont développé un nouveau capteur permettant une détection pratique et peu coûteuse de faibles concentrations de méthane. Mesurer émissions et fuites de méthane est important pour diverses industries car ce gaz contribue au réchauffement climatique et pollution atmosphérique.

Les industries agricoles et des déchets émettent des quantités significatives de méthane, critique aussi pour l'industrie pétrolière et gazière pour raisons environnementales et économiques car le gaz naturel est principalement composé de méthane.

Des chercheurs de l'Université de Princeton et du Laboratoire de Recherche Naval US ont démontré leur nouveau capteur gazeux, utilisant un dispositif électroluminescent à cascade interbande (ICLED) pour détecter concentrations de méthane aussi basses que 0,1 partie par million. Les ICLED sont un nouveau type de LED de puissance supérieure émettant en infrarouge moyen. Les chercheurs espèrent que cela ouvrira la voie à des mesures de méthane peu coûteuses, précises et sensibles. Les capteurs pourraient mieux comprendre les émissions de méthane des élevages et fermes laitières et permettre une surveillance plus précise et pervasive de la crise climatique.

Avantages vs capteurs laser

Les capteurs laser sont actuellement la référence pour détection méthane, mais coûtent entre 10 000 et 100 000 $ chacun. Un réseau de capteurs détectant fuites sur décharge, installation pétrochimique, station d'épuration ou ferme serait prohibitif avec capteurs laser.

Bien que la détection méthane ait été démontrée avec LEDs infrarouge moyen, la performance était limitée par les faibles intensités lumineuses des dispositifs disponibles. Pour améliorer substantiellement la sensibilité et développer un système pratique de surveillance méthane, les chercheurs ont utilisé un nouvel ICLED développé au Laboratoire de Recherche Naval US.

Les ICLED développés émettent environ dix fois plus de puissance que les LEDs infrarouge moyen commerciales et pourraient potentiellement être produits en masse. Selon les chercheurs, cela pourrait permettre des capteurs basés ICLED coûtant moins de 100 $ par capteur.

Principe de mesure et validation

Pour mesurer le méthane, le nouveau capteur mesure la lumière infrarouge transmise à travers air pur sans méthane et compare avec transmission à travers air contenant méthane. Pour booster la sensibilité, les chercheurs ont fait passer la lumière infrarouge de l'ICLED haute puissance à travers une fibre creuse d'un mètre contenant un échantillon d'air. L'intérieur de la fibre est revêtu d'argent, réfléchissant la lumière sur ses surfaces pendant sa course vers le photodétecteur à l'autre bout. Cela permet à la lumière d'interagir avec plus de molécules de méthane, résultant en absorption plus élevée.

Pour tester le capteur, les chercheurs ont fait circuler des concentrations connues de méthane dans la fibre creuse et comparé la transmission infrarouge des échantillons avec capteurs laser de pointe. Le capteur ICLED détectait des concentrations aussi basses que 0,1 ppm avec excellent accord avec standards étalonnés et capteur laser.

Selon les chercheurs, cette précision suffit pour surveiller émissions près des sources de pollution méthane. Un réseau de ces capteurs pourrait mesurer émissions dans grandes installations, permettant aux opérateurs de détecter fuites et les atténuer abordablement et rapidement.

Les chercheurs prévoient d'améliorer le design pour mesures terrain long terme en étudiant la stabilité mécanique de la fibre creuse. Ils étudieront aussi comment conditions météo extrêmes et changements d'humidité/ température ambiante affectent le système. Comme la plupart des gaz à effet de serre et nombreux autres chimiques peuvent être identifiés par lumière infrarouge moyen, le capteur méthane pourrait aussi être adapté pour détecter d'autres gaz importants.