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Innovations (DS0801) 2014
Projet M3GA

Module mobile de mesure de gaz azotés pour la qualité de l’air urbain, l’élevage, et l’agriculture

L'objectif de projet M3GA est le développement d'un nouvel outil miniaturisé pour mesurer les concentrations des traces d'oxyde nitreux (N2O ) et l'ammoniac (NH3 ) dans l'air à être utilisé pour surveiller et gérer la ventilation dans les bâtiments d'élevage ou pour surveiller les émissions provenant de l'agriculture. Le contrôle des émissions de N2O et de NH3 provenant de l'agriculture sera un défi majeur pour les années à venir: en France l'agriculture et l’élevage sont responsable de 90 % des émissions de N2O et de NH3. Si le monitoring des gaz nitreux est de plus en plus important pour l'agriculture, la détection de ces espèces en traces peut répondre aux exigences de plusieurs autres domaines d'application comme le contrôle de la qualité de l'air intérieur et extérieur à la surveillance des émissions industrielles.
L'unité de mesure nécessite la mise au point d'un détecteur multi- gaz pour détecter des concentrations allant de 0.1 à 3 ppmv pour le N2O et 1 ppbv à 35 ppmv de NH3. Les solutions existantes (capteurs électrochimique ou semi-conducteurs) peuvent satisfaire aux critères de compacité et portabilité, mais ils ont l'inconvénient d'être sensible à d'autres polluants tels agents oxydants (ozone, le monoxyde d'azote, ... ) et donc être peu sélective en particulier pour le N2O.
Pour répondre aux critères de sélectivité et sensibilité demandées, la technologie choisie est la spectroscopie laser a base QCL (Quantum Cascade Lasers) source laser émettant dans la bande spectrale de l'infrarouge moyen (soit 4 à 10 µm). La mesure de N2O nécessite le développement d'une source QCL dans les bandes spectrales [4.5 - 4.6 µm] ou de [7.5 – 8 µm] alors que la mesure du NH3 nécessite de développer une source QCL dans la bande spectrale [9 - 10 µm]. Aujourd'hui plusieurs outils commerciaux basés sur la détection optique sont disponibles pour détecter ces espèces chimiques, mais, lorsque ces systèmes répondent sont suffisamment performants, leurs coûts sont prohibitifs et l’encombrement telles que le déploiement sur le terrain est difficulteux.
Le projet M3GA vise la réduction des coûts e de l’encombrement via la miniaturisation des composants clés, tels que le système optique permettant de combiner les faisceaux lasers ou la chambre de détection, directement sur un substrat planaire en utilisant les technologies MEMS/IC. Si d’une part l'utilisation de ces technologies permettra la miniaturisation et la réduction des coûts, cette technique de fabrication conférer également robustesse pendant la durée de vie du produit.
Ces dispositifs miniaturisés seront assemblés avec une électronique adaptée et des interconnexions fluidiques, dans un système munis d’un driver hardware et software pour gérer l'ensemble de la mesure. Ce système est conçu et réalisé pour être compact et portable, mais également il est équipé d'une unité de stockage données et de la communication autonome. Ces caractéristiques de portabilité sont nécessaires pour la cartographie de la qualité de l'air sur de grandes surfaces - par exemple champs cultivés - ou le déploiement sur site – bâtiments d’élevage.
Pour optimiser les paramètres opérationnels et évaluer les performances du système, une première série de tests reproduisant des conditions réels d’utilisation sera effectuée en laboratoire.
Le fonctionnement du système de détection sera enfin évaluée dans deux scénarios d'application différents: fonctionnement extérieur (champs cultivés ou élevage volailles en plein air) et fonctionnement intérieure (élevage volailles en bâtiment). Durant cette phase de validation les performances de ce prototype seront comparées à ceux des méthodes de mesure classiques pour les deux types d'environnements.

Partenaires

AZIMUT AZIMUT Monitoring

CETIOM Centre Technique Interprofesionnel des Oléagineux et du Chanvre Industriel

CEA/LETI Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives

Environnement SA Environnement SA

INRA-EGC INRA CENTRE VERSAILLES GRIGNON

INRA-EGC INRA UMR Environnement et Grandes Cultures

ITAVI Institut Technique de l'Aviculture

 MIRSENSE

Aide de l'ANR 387 680 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2015 - 36 mois

 

Programme ANR : Innovations (DS0801) 2014

Référence projet : ANR-14-CE04-0009

Coordinateur du projet :
Monsieur Christophe CONSTANCIAS (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives)

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.