Mesure des propriétés physIques des Gaz à l'aide de MEMS résoNnants pour la détectiON chimique en milieu hostile – MIGNON

Nous proposons dans le projet MIGNON de réaliser une détection chimique sans utiliser de couche sensible. Cela évite d’avoir à choisir ou à développer une nouvelle couche sensible à chaque application en fonction de l'espèce à détecter et des interférents possibles.
La détection et la discrimination entre différents mélanges de gaz seront basées sur la mesure de plusieurs propriétés physiques du gaz (viscosité, masse volumique, vitesse et atténuation des ondes acoustiques) à l'aide de deux types de microsystèmes électromécaniques (MEMS) résonants : les micropoutres et les transducteurs ultrasoniques micro-usinés capacitifs (CMUTs). En utilisant deux capteurs génériques, il sera alors possible d'adresser différentes niches du marché des capteurs chimiques sans avoir recours à un long processus de développement. En outre, l'absence de couche sensible, soumise à des phénomènes de sorption ou d'oxydoréduction dans les capteurs chimiques classiques, permettra d'obtenir un comportement plus fiable et réversible. La mesure des propriétés physiques du gaz se fera d'abord à l'aide de MEMS résonants en silicium. Le projet MIGNON ne se concentrera pas sur la partie transducteur, mais sur la chaîne de mesure complète (capteur, instrumentation, intégration et traitement des données). La preuve de concept sera faite dans le cadre du projet pour des applications nécessitant la détection de fuites de gaz industriels, tels que O2, N2, H2, CH4, CO2 et He.
De plus, afin de répondre aux applications dans des environnements difficiles (haute température, environnement acide, radiation, ...), des MEMS résonants en carbure de silicium, un matériau connu pour sa résistance, seront également considérés. Le vieillissement (cyclage thermique, stockage thermique, test en humidité, test de vibration sur un pot vibrant et irradiations) et la fiabilité des MEMS en silicium et en carbure de silicium seront étudiés afin de définir leurs limites respectives dans des environnements sévères.
Le programme de recherche est divisé en quatre WP scientifiques. WP1 : Développement de capteurs électrostatiques optimisés à base de silicium (micropoutres et CMUTs). WP2 : Développement de CMUT en carbure de silicium (SiC) pour la détection chimique dans des environnements difficiles (haute température, produits chimiques corrosifs et radioactivité). WP3 : Développement de l'intégration des dispositifs et de l'électronique d'actionnement et de mesure dédiée. WP4 : Développement d'une méthode de traitement des données pour extraire les informations de détection de gaz à partir de l'analyse du spectre dans des mélanges gazeux complexes et tests de vieillissement/fiabilité dans des environnements sévères.
En résumé, MIGNON aborde (1) la question scientifique et technique de l'utilisation de MEMS électrostatiques pour la détermination de paramètres multi-physiques des gaz afin de réaliser une détection chimique fiable pour des gaz complexes (pas seulement pour des mélanges binaires) et (2) le développement de prototypes compacts incluant l'électronique et les capteurs pour un fonctionnement en environnement sévère. La réalisation de ces objectifs permettra de développer un système de détection chimique générique compact basé sur la mesure des paramètres multi-physiques du gaz avec des MEMS résonants.
La réalisation du projet MIGNON nécessite la contribution de 4 partenaires complémentaires (IMS, GREMAN, LAAS et CRHEA), couvrant tous les aspects scientifiques du projet : fabrication de MEMS en silicium et en carbure de silicium, électronique pour l'instrumentation, test des gaz, test de vieillissement/fiabilité et traitement avancé des données. Les partenaires ont été sélectionnés pour leur expertise internationale et pour leur capacité à travailler ensemble sur des projets multidisciplinaires. MIGNON représentera une avancée significative des collaborations entre IMS, LAAS, GREMAN et CRHEA.