Soutenance de thèse de Aref HARAKEH

Un capteur de gaz est un dispositif dont le rôle est d’obtenir soit des informations sur la concentration exacte de certains gaz dans une atmosphère choisie, soit des informations sur la présence ou l’absence de certains gaz. Les activités de recherche consacrées au développement de nouvelles technologies de détection de gaz et à l’amélioration de celles existantes constituent un progrès important dans de nombreux domaines, que ce soit scientifique, industriel, environnemental, médical, etc. Plus précisément, la mise au point d’un nouveau capteur de gaz capable de mesurer plusieurs gaz simultanément dans un mélange utilisant un principe unique contribue de manière significative à la réduction du coût global du capteur, en particulier lorsque la mesure est effectuée avec précision. Les utilisations des capteurs de gaz sont assez nombreuses; ils peuvent être utilisés dans un large éventail de domaines allant du secteur industriel au secteur domestique. Afin de surmonter les problèmes posés par les technologies de détection de gaz existantes, l’objectif de cette activité de recherche était de développer d’un capteur optique multi-gaz miniature et relativement peu coûteux; ayant la capacité de mesurer plusieurs concentrations gazeuses simultanément. Dans cette thèse, nous avons discuté de l'optimisation de la conception d'un nouveau capteur optique multi-gaz, du traitement d'image numérique et de nouveaux algorithmes génétiques pour le calcul des concentrations de gaz dans des mélanges contenant jusqu'à cinq gaz. En outre, une nouvelle méthode de mesure de la concentration des gaz en ppm, une validation théorique et une optimisation des paramètres du tube à décharge (la partie essentielle de notre capteur), ainsi qu'une nouvelle approche d'identification des gaz à l'aide de réseaux de neurones ont également été discutées. Le capteur conçu utilise une nouvelle méthode, validée expérimentalement et théoriquement, pour analyser et mesurer des mélanges gazeux jusqu’aux cinq gaz en utilisant une technique de traitement numérique de la couleur par émission optique à l’aide d’un modèle relativement simple. Ainsi, nous avons théoriquement validé le principe selon lequel notre capteur est capable de mesurer un mélange de plus de cinq gaz. Les résultats de la recherche ont été validés expérimentalement en effectuant plusieurs tests et essaies en laboratoire sur le banc d'essai expérimental conçu et construit à cet effet. De plus, une validation théorique a également été réalisée à l'aide d’un logiciel de simulation numérique par éléments finis. Notre technologie validée au cours de ce travail de recherche est donc prometteuse et, à l'avenir, notre capteur optique multi-gaz miniature sera un très bon candidat dans de nombreux domaines techniques, industriels et scientifiques où le besoin de mesurer la concentration de plusieurs gaz est immense. Certaines collaborations avec l’industrie sont envisagées pour des applications industrielles et environnementales, telles que la mesure des émissions gazeuses des moteurs à combustion interne des voitures et des bateaux, la surveillance de la concentration de gaz naturel et la mesure des gaz nocifs dans l’atmosphère.

A gas sensor is a device whose role is to obtain either information on the exact concentration of certain gases in an atmosphere, or information on the presence or absence of certain gases. The research activities devoted to the development of new gas detection technologies and the improvement of existing ones represent an important advancement in many fields, whether scientific, industrial, environmental, medical, etc The development of a new gas sensor capable of simultaneously measuring multiple gases using a unique principle contributes significantly to reducing the overall cost of the sensor, particularly when the measurement is performed accurately. The uses of gas sensors are quite numerous; they can be used in a wide range of areas from industrial to domestic. In order to overcome the problems and limitations of the existing gas detection technologies, the objective of this research activity was to develop a miniature and relatively inexpensive multi-gas optical sensor; having the ability to measure several gaseous concentrations simultaneously. In this dissertation, we discussed the optimization of the design of a new multi-gas optical sensor, digital image processing and new genetic algorithms for calculating gas concentrations in mixtures containing up to five gas. In addition, a new method for measuring the gas concentration in ppm, a theoretical validation and an optimization of the parameters of the gas discharge tube (the essential part of our sensor), as well as a new approach for identifying gas using neural networks were also discussed. The designed sensor uses a new method, validated experimentally and theoretically, to analyze and measure gas mixtures up to five gases using a technique of digital color processing by optical emission using a relatively simple model. Thus, we have theoretically validated the principle that our sensor is capable of measuring a mixture of more than five gases. The results of the research were validated experimentally by carrying out several tests and laboratory tests on the experimental test bench designed and built for this purpose. In addition, a theoretical validation was also carried out using finite element numerical simulation software. Our technology validated during this research work is therefore promising and, in the future, our miniature multi-gas optical sensor will be a very good candidate in many technical, industrial and scientific fields where the need to measure the concentration of several gas is important. Some collaborations with industry are being considered for industrial and environmental applications, such as measuring gaseous emissions from internal combustion engines of cars and boats, monitoring the concentration of natural gas and measuring harmful gases in the atmosphere.