> Un capteur laser pour améliorer la technologie des piles à combustible, 30-09-05
Les piles à combustible sont parmi les solutions technologiques les plus prometteuses pour le remplacement des énergies fossiles. Cependant, les systèmes à échelle industrielle restent encore au stade de développement, et nécessitent des améliorations notoires pour pouvoir devenir commercialement viables. Ainsi, le département de génie chimique de l’Université de Cambridge, en partenariat avec Rolls Royce Fuel Cell Systems (spécialisé dans les piles à oxyde solide, ou SOFC, à haute température et de grande échelle), développe des capteurs laser spécifiques afin de comprendre précisément ce qui se passe à l’intérieur de la pile à combustible. L’utilisation de ces capteurs peut être étendue à l’étude des moteurs à combustion interne. Ce projet fait l’objet d’un financement par le conseil de recherche de l’« Engineering and Physical Sciences Research Council » (EPSRC) d’un montant de 230 000 livres (environ 340 000 euros). Il a débuté le 1er septembre 2005 et devrait durer 3 ans.
Ce capteur devrait permettre de connaître la composition chimique des gaz présents dans la pile ou le moteur et de déterminer leurs températures. Pour cela, il doit être suffisamment sensible pour pouvoir détecter les procédés rapides mis en jeu d’où l’emploi de lasers femtosecondes. De plus, il serait avantageux que la longueur d’onde du laser puisse balayer un large spectre, afin de rendre possible la mesure de différentes espèces chimiques avec le même laser (laser syntonisable). Ainsi, le projet porte sur la mise en place d’un capteur laser « wavelength-agile » qui combinera les deux caractéristiques recherchées. Cet appareil devrait utiliser les récents développements des fibres et de la technologie du laser, de façon à permettre le balayage de longueur d’onde de plus de 100 nm, à une fréquence supérieure à 10 MHz. Un tel système devrait autoriser une mesure simultanée des concentrations de H2O, CO2, CO et CH4 ainsi que la température du gaz en temps réel, en utilisant une seule source d’émission laser. Cette source serait un laser à fibres qui émettra des pulsations extrêmement rapides à très haute fréquence (1 MHz). Le spectre de ces pulsations sera d’abord élargi à l’aide de fibres de cristal (milieu non linéaire) grâce à un procédé appelé « supercontinuum generation ». Grâce à des fibres à haute dispersion, les pulsations seront ensuite arrangées sous forme de balayage sur la longueur d’onde très rapides (100 ns) et très large (100 nm). Le rayonnement sera envoyé sur l’objet testé, par exemple le canal d’une pile à combustible, et la composition et la température du gaz pourront être calculées à partir de l’absorption résultante enregistrée par une photodiode et un oscilloscope.
Auteur : Mathieu Daoudi
Sources : Département de chimie de l’Université de Cambridge, www.cheng.cam.ac.uk ; Rolls-Royce Fuel Cell System, www. rolls-royce.com ; The Engineer, press release, 05/09/05, www.theengineer.co.uk ; EPSRC, gow.epsrc.ac.uk ; Scott Sanders : Wavelength-agile laser, www.osa-opn.org