Un nouveau capteur de gaz est étudié et développé par notre équipe depuis quelques années. Il s'agit d'un capteur de type potentiométrique avec mesure d'une tension générée par un dispositif comportant une dissymétrie d'électrodes.
Le principe de ce capteur est basé sur les différences d'activités catalytiques des deux métaux d'électrodes (par exemple or et platine).
Pour un matériau intermédiaire correctement choisi, c'est à dire un conducteur ionique dont l'espèce mobile n'interagit pas avec le gaz (par exemple les ions Na+ de l'alumine bêta), il y a création d'une force électromotrice (fem) dépendant de la nature de la phase gazeuse.
Pour un même gaz (CO, NO, HC,...), la différence des vitesses de réaction (décomposition du gaz) entraîne une différence de concentration en espèces chargées oxygénées aux deux interfaces métal-matériau et par suite un gradient de l'espèce mobile du conducteur intermédiaire, donc une fem proportionnelle à la pression partielle du gaz.

Au niveau de  la modélisation des phénomènes, les études actuellement menées au laboratoire concernent la mise en évidence des activités catalytiques de différents métaux, l'identification des différentes espèces oxygénées à la surface des électrodes, l'action de l'oxygène seul et des mélanges gaz - oxygène, l'établissement d'un modèle universel applicable à différents conducteurs ioniques, différents métaux d'électrodes, ainsi que son extension à de nouveaux gaz.

Du point de vue expérimental, ces dispositifs ont été étudiés sur une grande plage de température et sous différents gaz. Une caractéristique très intéressante pour le développement de capteurs de gaz est la dépendance des réponses sous gaz avec la température qui permet des détections très sélectives. Par exemple, les sensibilités (fem _gaz - fem _air) sous CO, NO et NO₂ sont reportées sur le figure 1. On peut constater que de telles réponses permettent de détecter sélectivement le NO₂ à basse température (vers 350°C) et le CO à haute température (vers 600°C).

Figure 1 : Sensibilités au CO et NO₂ à basse (330°C) et haute (570°C) température

Des capteurs basés sur ce principe ont été développés en technologie hybride par technique sérigraphique. L'élément chauffant, les électrodes ainsi que l'élément sensible sont déposés en couches épaisses.

Les résultats reportés sur la figure 2 illustrent bien le type de performances que l'on peut obtenir, par exemple pour des concentrations de CO entre 200 et 500 ppm, avec une bonne correspondance du signal du capteur et de celui d'un analyseur IR placé en parallèle.

Figure 2 : Comparaison des signaux d'un capteur à 570°C (bleu) et d'un analyseur IR (rouge)  pour différents créneaux croissants puis décroissants de CO.

Le développement de ce type de capteur potentiométrique est actuellement poursuivi dans le cadre d'un contrat financé par la CEE (projet ECONOX II: "Gas sensors and associated signal processing for automotive exhaust pipe"). L'application visée est l'utilisation de ces capteurs dans les pots d'échappements automobiles pour détecter les gaz d'émission (CO / NO_x / HC) afin de pouvoir contrôler et piloter les différents systèmes de dépollution en cours de développement.