Article paru en mars 2003Détection d'explosifs : vers des capteurs sélectifs à fonctionnement continu
Spécificité > Alors que la plupart des capteurs de gaz du marché utilisent des oxydes métalliques, durables mais peu spécifiques, la Direction des Applications Militaires du CEA développe depuis deux ans des dispositifs basés sur des matériaux organiques résistant au vieillissement, très sélectifs et capables de détecter en continu quelques dizaines de ppb de dérivés d'explosifs. Ces travaux sont susceptibles d'intéresser des industriels spécialisés dans les capteurs, et pourraient déboucher sur d'autres applications : détection d'acide fluorhydrique en site industriel, de monoxyde de carbone dans l'habitat, etc.
"Le démonstrateur que nous avons réalisé fonctionne depuis six mois. Basé sur un principe de variation de masse, mesurée avec une microbalance à quartz, il détecte en moins d'une minute des teneurs en composés nitroaromatiques de 3 ppm". Deux ans après avoir lancé un ambitieux programme sur des capteurs de gaz pour la détection d'explosifs et de produits toxiques, Lionel Hairault, responsable du projet, dresse un bilan prometteur.
Des dizaines de matériaux sensibles - coeur du dispositif - ont été recensés, évalués, optimisés, parfois conçus et synthétisés spécialement. Les plus performants font l'objet de demandes de brevet. Quatre propriétés physiques exploitables lors de l'interaction avec le gaz à détecter sont à l'étude : la conductivité, la fluorescence, la variation de masse et la fréquence d'onde acoustique de surface. Le vieillissement du matériau sensible, aspect critique pour un composé organique, semble tout à fait satisfaisant : "il était évidemment au coeur de notre travail d'ingénierie des matériaux". Enfin, des industriels manifestent déjà leur intérêt, alors que les premiers produits ne sont pas attendus avant 2005.
Depuis 18 mois, la détection d'explosifs est devenue une thématique centrale pour la sécurité civile. Les futurs capteurs du CEA, capables de détecter des gaz (tout corps liquide ou solide en relargue) à des concentrations inférieures au ppm, visent donc des marchés conséquents, en particulier grâce à leur spécificité : "le démonstrateur détecte les composés nitroaromatiques, mais ignore les solvants que nous injectons dans l'environnement d'essai" précise Lionel Hairault. Et comme un seul capteur pourra associer plusieurs matériaux sensibles et plusieurs types de mesure, le champ de composés détectables sera à la fois large et parfaitement délimité.
Le CEA cherche à réaliser in fine un capteur autonome hautement sensible, portable, à réponse rapide, robuste vis-à-vis de l'humidité et de la température, et fonctionnant en continu. Ce que permet précisément le matériau sensible, qui revient à son état initial quand le gaz à détecter disparaît : pas de cartouche ou d'alimentation à remplacer.
Au vu des premiers résultats, deux autres pistes ont été lancées : un capteur spécifique d'acide fluorhydrique pour la sécurité des sites industriels, et un capteur de monoxyde de carbone. Ce gaz tue environ 400 personnes par an en France alors que le marché ne propose pratiquement aucun capteur de qualité, selon une enquête de Que Choisir de 1999.
