En ce qui concerne les montages exp´erimentaux pour les tests sous gaz, nous pouvons consid´erer
qu’ils sont constitu´es de deux ´el´ements principaux : la source de gaz et l’enceinte de confinement
du gaz dans laquelle le dispositif est en contact avec la substance `a tester. Ce sont ces deux
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el´ements ou leur combinaison qui varient dans les trois montages utilis´es au cours de ces travaux.
Voici un bref descriptif de ces trois montages.
5.2.1 Montage 1 : pression de vapeur saturante
Pour la source de gaz de ce montage, nous nous sommes servis de la pression de vapeur
sa-turante (P
vs) de substances liquides. En effet, un liquide est toujours en ´equilibre avec sa phase
102 5.2 Montages exp´erimentaux et choix des gaz
vapeur dont la pression de vapeur saturante d´epend de la temp´erature. Plus la temp´erature
aug-mente, plus la pression de vapeur saturante augmente. Nous pla¸cons le liquide dans un bulleur et
nous y faisons circuler de l’air sec. L’air `a la surface du liquide est ainsi charg´e de la substance
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a tester et peut circuler jusqu’au capteur. Celui-ci est viss´e herm´etiquement (grˆace `a un joint
torique en caoutchouc) `a un cylindre creux en inox par lequel le flux gazeux circule `a sa surface.
Le contrˆole du flux et de la concentration du gaz se fait `a l’aide de d´ebitm`etres massiques. Ainsi
la concentration du gaz est donn´ee par :
[gaz]
ppm= 1.10
6P
vsP
atmD1
D
1+D
2(5.1)
avec P
vs, la pression de vapeur saturante de l’esp`ece
P
atm, la pression atmosph´erique
D1, le d´edit d’air circulant dans le bulleur
D
2, le d´ebit d’air pour la dilution.
Nous pouvons voir sur la figure 5.1, une photographie du montage.
Pour ce qui est du choix des substances `a tester, nous avons choisi dans un premier temps
Fig. 5.1: Montage exp´erimental 1 de tests sous gaz se basant sur la pression de vapeur
saturante
des liquides `a temp´erature ambiante facile `a obtenir. Nous savons ´egalement que le ZnO servant
de couche sensible dans la structure ZnO/Quartz ST-35˚ test´ee avec ce montage, pr´esente une
sensibilit´e aux alcools et notamment `a l’´ethanol [?,?]. Nous avons donc d´ecid´e de r´ealiser nos
premiers tests avec des alcools et plus pr´ecis´ement du butanol, de l’´ethanol et de l’isopropanol.
Avec ce montage et surtout avec la source de gaz, nous rencontrons quelques inconv´enients. En
effet, il est difficile sur des temps tr`es longs avec les tests sous gaz, d’avoir une temp´erature
ambiante constante. Or la pression de vapeur saturante d´epend de la temp´erature, ce qui ne nous
garantit pas une concentration du gaz constante tout au long de l’exp´erience. Pour se donner une
id´ee, une variation de 5˚C (de 20˚C `a 25˚C) induit une augmentation de la pression de vapeur
saturante de 14 mm Hg ce qui se traduit par une multiplication de la concentration par un facteur
de 1,33 pour l’´ethanol et de 12 mm Hg ce qui correspond `a une multiplication de la concentration
par 1,36 pour l’isopropanol. Pour les deux substances, cela correspond donc `a peu pr`es `a une
augmentation de la concentration de 30 %. De plus, avec un tel syst`eme de g´en´eration de gaz,
nous ne pouvons pas obtenir de faibles concentrations de gaz de l’ordre de quelques dizaines
Application de la structure ZnO/Quartz ST aux tests sous gaz 103
de ppm. C’est pourquoi en parall`ele de l’´evolution de la structure du capteur nous avons choisi
un autre syst`eme de g´en´eration des gaz. Ce syst`eme est pr´esent´e dans le descriptif du montage
exp´erimental 2.
5.2.2 Montage 2 : perm´eam`etre
Par rapport au montage 1, il n’y a que le g´en´erateur de gaz qui diff`ere. Il s’agit d’un perm´eam`etre
PUL200 vendu par la soci´et´e Calibrage et dont le sch´ema de principe de fonctionnement est
pr´esent´e sur la figure 5.2. Le principe de base est toujours le mˆeme que celui que nous avons
uti-Fig. 5.2: Sch´ema de principe de fonctionnement du perm´eam`etre
lis´e pr´ec´edemment avec les alcools et leur pression de vapeur saturante mais les tubes `a perm´eation
contiennent moins de substance et la membrane poreuse du tube est telle que les concentrations
sont faibles. De plus le tube `a perm´eation est maintenu dans un four assurant une temp´erature
constante et par cons´equent une concentration constante. Le gaz porteur (air sec) passe dans
le four contenant le tube `a perm´eation et se charge des mol´ecules de la substance `a tester. De
nombreuses esp`eces sont disponibles et pour chacune d’entre elles, le constructeur certifie, pour
une temp´erature donn´ee d’utilisation, une concentration maximale que l’on peut ensuite diminuer
par dilution avec l’air. Le tableau 5.1 r´ef´erence quelques gaz et leurs concentrations maximales
disponibles avec le perm´eam`etre utilis´e.
Tab. 5.1: Quelques gaz disponibles avec le perm´eam`etre et leurs concentrations maximales
Gaz disponibles Concentration maximale (ppm)
N O2 54
SO
237
N H
3140
C2H5OH 34
Sur la figure 5.3 est pr´esent´ee une photographie du montage exp´erimental 2.
En ce qui concerne le choix des esp`eces `a tester, nous avons d’une part choisi l’´ethanol mais aussi
le dioxyde d’azote (N O
2) qui fait partie des N O
xnuisibles `a l’environnement et le dioxyde de
soufre (SO2) ´egalement n´efaste pour l’environnement et parfois pr´esent mais tr`es gˆenant lors de
l’´elaboration de microsyst`emes.
104 5.2 Montages exp´erimentaux et choix des gaz
Fig. 5.3: Montage exp´erimental 2 de tests sous gaz se basant sur la perm´eation
5.2.3 Montage 3 : enceinte sous vide
Certains tests ont ´et´e effectu´es `a l’aide d’une enceinte sous vide. Cette enceinte est d´edi´ee
aux tests de capteurs de pression et a ´et´e mise en place par P. Nicolay au cours de sa th`ese.
Dans notre cas, l’enceinte sous vide est utilis´ee au lieu de l’enceinte de confinement du gaz d´ecrite
pr´ec´edemment dans la montage exp´erimental 1. On place le dispositif dans l’enceinte puis on
fait le vide `a l’aide d’une pompe primaire s`eche permettant d’atteindre un vide limite d’environ
20mT orrs. On introduit le gaz `a tester `a l’aide d’une micro-fuite dont on peut r´egler l’ouverture.
La pression dans l’enceinte est mesur´ee `a l’aide d’une jauge capacitive Baratron (0-1000 Torrs).
Un sch´ema du montage est repr´esent´e sur la figure 5.4.
Fig. 5.4: Montage exp´erimental 3 de tests sous gaz avec enceinte sous vide
Tous ces montages sont plus ou moins pilot´es `a l’aide de programmes d´evelopp´es sous Labview.
On peut ainsi contrˆoler les d´ebits des diff´erents d´ebitm`etres, mesurer au fil du temps la fr´equence
Application de la structure ZnO/Quartz ST aux tests sous gaz 105
du dispositif `a phase constante et dans le cas de l’enceinte sous vide mesurer la pression dans
l’enceinte. C’est `a l’aide de ces trois montages que les r´esultats pr´esent´es dans ce qui suit ont ´et´e
obtenus.
Dans le document
Réalisation et caractérisation d'un capteur de gaz à ondes de Love à base de la structure Polyaniline/ZnO/Quartz
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