Mise au point d'un capteur IoT pour la mesure de gaz à effet de serre

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

à gagner en efficacité énergétique ;
à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Mise au point d’un capteur IoT pour la mesure de gaz à effet de serre

Le secteur du transport routier est un fort contributeur aux émissions de gaz à effet de serre (GES) impactant le climat mondial. Jusqu’alors, seul le dioxyde de carbone (CO₂) et le méthane (CH₄) sont mesurés dans le processus d’homologation des véhicules.

Pourtant, une troisième espèce, le protoxyde d’azote (N₂O), peut être significativement contributrice aux émissions GES. En effet, bien que les niveaux d’émission de ce composé restent faibles (jusqu’à quelques mg/km, très variables en fonction de la technologie du moteur et des systèmes de dépollution), son pouvoir de réchauffement global (PRG) est très grand : 1g de N₂O émis équivaux à 298g de CO₂. Il a ainsi été établi que cette espèce peut représenter jusqu’à 10% des émissions GES de certains véhicules modernes.

La mesure du N₂O se fait aujourd’hui en laboratoire avec des baies FTIR (Fourier Transform InfraRed Analyzer) ou QCL (Quantum Cascade Laser). Les deux technologies sont très coûteuses et difficilement embarquable pour des tests en conditions réelles sur route. Pourtant, l’analyse du N₂O se fait dans le secteur médical pour la détection de gaz anesthétiques avec des capteurs miniaturisés fonctionnant avec la méthode NDIR (Non-Diffuse InfraRed).

L’objectif de ce stage est de mettre en œuvre et d’évaluer l’utilisation d’un tel capteur pour la mesure de N₂O dans les gaz échappements des véhicules lors d’essais sur route.

Le ou la stagiaire prendra en main le capteur NDIR prototype disponible avec son interface utilisateur et développera un algorithme/script pour traiter les données. L’identification des bandes d’absorbance utiles pour une mesure N₂O dans des gaz échappement sera opérée en utilisant les données brutes disponibles sur des baies FTIR ainsi que par recherche bibliographique.

Dans un second temps, des tests de calibration N₂O avec une quantification de la sensibilité du capteur et des tests d’interférences avec les principales espèces présentes dans les gaz d’échappement (CO₂, CH₄, H₂O) seront réalisés dans les laboratoires IFPEN. En fonction du succès de cette campagne de caractérisation, l’utilisation de ce capteur sera validée lors d’une campagne de tests sur véhicule.

Profil recherché

Si tu es étudiant(e) en Master-II dans les domaines Energétique, Dynamique des fluides, Procédés, intéressé.e par les problématiques de qualité de l’air et leur mesure, ce stage est fait pour toi !

Des connaissances en électronique,optique, ainsi que des facilités dans l’utilisation des outils de programmation Python ou Matlab seraient particulièrement appréciées.
Une forte autonomie et une aptitude au travail en équipe seront indispensables à la réussite de ce stage.