Influence des paramètres environnementau

La sensibilité et la sélectivité des capteurs de gaz semi-conducteurs sont définies par la nature et la température de la surface sensible. La tension de chauffage appliquée au capteur permet alors de porter le capteur à une température, définie par le constructeur, où la sensibilité est maximale. Cette température de l’ordre de quelques centaines de degrés Celsius n’est pas régulée, on peut donc comprendre aisément qu’une variation de cette valeur entrainera une altération du comportement des capteurs. C’est pourquoi nous évaluerons l’influence des variations de température sur la réponse des capteurs dans des conditions contrôlées, même si en intérieur la température varie dans une gamme restreinte. Les molécules d’eau contenue dans l’air réagissent comme des composés réducteurs avec la surface sensible des capteurs semi-conducteurs. L’augmentation de l’humidité de l’air entraine donc généralement une augmentation de la réponse des capteurs semi-conducteurs. Nous évaluerons cette influence en conditions contrôlées ainsi qu’en conditions réelles. Ces deux paramètres sont donc susceptibles d’influencer de manière significative la réponse de nos capteurs semi-conducteurs. Les constructeurs fournissent généralement des graphes qui présentent l’influence combinée de la température et de l’humidité sous air zéro. Par exemple, la Figure V - 19 illustre l’évolution du rapport Rs/R0 d’un capteur TGS2602, où Rs est la

résistance du capteur et R0 est la résistance du capteur dans l’air à 20°C et 65% d’humidité relative,

en fonction de la température qui varie entre 10 et 50 °C et de trois valeurs d’humidité relative (40, 65 et 85 %).

Figure V - 19 : Influence de la température ambiante et de l’humidité relative sous air zéro sur la réponse d’un capteur TGS2602 (données constructeurs).

III.2.1. Humidité

L’influence de l’humidité relative sur la réponse des six capteurs semi-conducteurs a dans un premier temps été évaluée dans la chambre d’exposition, dans des conditions contrôlées. A température constante (20°C) et sous air zéro, nous avons relevé la réponse des capteurs à différents taux d’humidité relative, compris entre 20 et 75 %, en ajustant les débits d’air sec et d’air humide envoyés dans l’enceinte. La Figure V - 20 illustre la variation de la réponse des différents capteurs

semi-conducteurs à cinq humidités relatives différentes, les barres d’erreurs correspondent à l’écart- type entre la réponse moyenne des capteurs des différents modules.

Figure V - 20 : Evolution de la réponse des capteurs semi-conducteurs pour des variations d’humidité relative entre 20 et 75 %, en chambre d’exposition.

La réponse des capteurs semi-conducteurs varie de façon différente selon la nature du capteur. En effet, le taux d’humidité contenue dans l’air n’a pas d’influence significative sur la réponse des capteurs TGS4161 et MICS2710 alors qu’une augmentation de l’humidité entraîne une augmentation nette, de plusieurs dizaines de millivolts, de la réponse des capteurs TGS2620, MICS2610, TGS2602 et TGS2442. Cette variation de la réponse ne semble pas linéaire dans la gamme 20 à 75 % et est beaucoup plus importante pour le capteur TGS2620. L’influence de l’humidité relative est d’autant plus importante lorsque l’on passe de 20 à 40 % qu’à plus haute teneur, de 40 à 75 %, où la réponse semble plus stable.

Le comportement des capteurs semi-conducteurs en fonction de l’humidité relative a ensuite été évalué dans des conditions réelles, sous air ambiant, dans la pièce expérimentale IRINA où la température est régulée à 19 ± 1°C. Nous avons ainsi régulièrement mis en évidence l’influence de l’humidité relative, variant généralement entre 30 et 60 %, sur la réponse des différents capteurs, sous air ambiant. Ainsi, la Figure V - 21 présente la variation de la réponse, moyennée sur l’ensemble des modules, des capteurs TGS2620, MICS2610, TGS2602, MICS2710 et TGS2442 dans une gamme d’humidité relative située entre 30 et 78 %. Le capteur TGS4161 n’étant pas affecté par les changements d’humidité relative, n’est pas présenté dans ce graphique. Ces données, moyennées sur un pas de temps d’une heure, sont issues de l’acquisition effectuée en Juin 2016 lors de laquelle nous avons observé la plus large variation d’humidité (RH variant de 30 à 78 %). L’évolution de la réponse de ces capteurs est nettement plus linéaire dans la gamme 30 à 78 %, dans des conditions réelles d’utilisation. On observe, comme précédemment, un effet important de l’humidité sur la réponse des capteurs TGS2602 et TGS2620, qui varie de plusieurs centaines de millivolts lors d’une augmentation de 10 % d’humidité, et une influence plus modérée sur les capteurs MICS2610 et MICS2710. Par contre, la réponse des capteurs TGS2442 varie fortement, entre 0,54 et 0,99 V sans

corrélation avec les changements du taux d’humidité. Ces évolutions sont différentes de celles observées en chambre d’exposition, en conditions contrôlées. Ceci peut être attribué à la différence entre les deux milieux étudiés mais aussi au changement de module et de capteurs lors des deux tests.

Figure V - 21 : Evolution de la réponse des capteurs semi-conducteurs pour des variations d’humidité relative entre 30 et 78 % dans la pièce expérimentale IRINA.

La réponse de différents capteurs de même nature évolue quant à elle de façon similaire en fonction de l’humidité relative, comme l’illustre la Figure V - 21. En effet, si l’on considère un modèle linéaire afin d’estimer l’influence de l’humidité sur la réponse des capteurs TGS2602, celle-ci augmente de 8,2 ± 0,2 mV/%. Il est donc indispensable de prendre en compte les variations d’humidité relative lors de l’interprétation des signaux issues des capteurs semi-conducteurs.

Figure V - 22 : Comparaison de l’évolution de la réponse des cinq capteurs TGS2602 en fonction de l’humidité relative dans IRINA.

III.2.2. Température

Afin d’évaluer l’effet de variations de la température ambiante sur la réponse de nos capteurs semi-conducteurs, nous avons effectué une mesure de la réponse des capteurs à différentes températures. A l’intérieur de la chambre d’exposition et sous air zéro, nous avons fait varier la température entre 15 et 40 °C à l’aide de l’enceinte climatique, à une humidité relative constante de 50 %. La Figure V - 23 illustre la variation de la réponse des capteurs semi-conducteurs en fonction de la modification de la température dans la chambre d’exposition.

Figure V - 23 : Influence de la température ambiante sur la réponse des capteurs semi-conducteurs sous air zéro à 50 % d’humidité relative.

La réponse des capteurs semi-conducteurs évolue de manière différente selon le type de capteur mais elle augmente linéairement avec la température. La variation de température n’a aucun effet sur la réponse du capteur TGS4161, tout comme l’humidité. Elle a un faible effet sur la réponse des capteurs MICS2610 et MICS2710. La température influence, par contre, de manière plus importante le comportement des capteurs TGS2602, TGS2620 et TGS2442. L’augmentation de la température modifie donc de manière significative la réponse des capteurs de type semi- conducteurs. Cependant, dans ces conditions nous fixons une humidité relative constante et non pas l’humidité absolue. En effet, l’augmentation de la température dans l’enceinte entraine également une augmentation de la quantité d’eau contenue dans l’air. Dans ce cas, l’humidité absolue varie de 6 à 22 g.m-3 et entraine une augmentation de la réponse des différents capteurs, comme nous l’avons vu précédemment. Il est donc difficile de déterminer avec précision l’influence de la température sans la dissocier de l’effet de l’humidité. Il serait idéalement nécessaire d’effectuer le même type d’étude en balayant simultanément les deux paramètres, température et humidité relative, pour effectuer ensuite une régression multilinéaire. Cependant, pour nos applications à des environnements intérieurs, on peut considérer que la température ambiante varie peu et reste proche de 20°C, et dans ces conditions l’impact potentiel de la température sera négligeable par rapport à l’effet de l’humidité.