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Comprendre et prédire l’activité d’un volcan est complexe. Pour y parvenir, les volcanologues cherchent à recueillir et à exploiter une grande variété d’informations : données magnétiques, sismologiques, ou encore mesures de gaz.
Les volcanologues utilisent ainsi des capteurs de gaz afin d'effectuer des mesures sur le terrain. Malheureusement, les dispositifs disponibles sur le marché sont peu adaptés à un fonctionnement dans les conditions extrêmes offertes par un terrain volcanique. Corrosion, pression, vibrations, forte humidité relative représentent autant d'éléments susceptibles de perturber les mesures et de détériorer l'équipement.
Or, le CEA-Leti dispose d'une expertise dans la conception et la réalisation de capteurs de gaz, initialement développés pour mesurer les gaz toxiques ou à effet de serre en très faible concentration. L'application à la volcanologie constituait, dès lors, une piste intéressante pour valoriser la technologie développée. C'est ainsi qu'est né, à la suite d'échanges avec le Laboratoire Magmas et Volcans (LMV) de l'Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC), le projet MUGS (MUltiGas Sensor). Son objectif : mettre au point un capteur multigaz, portable, miniature –de la taille d'un… mug-, résistant aux conditions extrêmes du terrain volcanique et embarquable sur drone pour explorer les panaches en toute sécurité. Un projet financé par l'Agence nationale de la recherche (ANR) à travers le label Carnot accordé au CEA-Leti.
Le capteur multigaz repose sur le principe de la détection par spectroscopie photacoustique.
Si l'équipe de recherche disposait déjà d'une expertise en la matière, le projet MUGS nécessitait de relever plusieurs défis, dont celui de la miniaturisation. Grâce à l'expertise du CEA-Leti en fabrication sur silicium, les scientifiques sont parvenus à concevoir une cellule photoacoustique de quelques millimètres, qui intègre des microphones permettant de mesurer le son produit. Avantage de recourir à du silicium : cela permettra, à terme, de tout intégrer au sein du même objet. Actuellement, le pilotage et la collecte des signaux relèvent d'une électronique modulaire composée de cartes interconnectées, développées au CEA-Leti.
Enfin, l’assemblage comprend quatre lasers à cascade quantique. Ces derniers offrent la possibilité de couvrir des longueurs d’onde du moyen infrarouge, en particulier dans la bande comprise entre 4 et 7 µm, adaptée aux gaz ciblés.
Le projet MUGS a donc abouti à la réalisation d’un capteur multigaz compact, capable de mesurer les gaz à effet de serre : CO2, CH4, N2O, CO et H2O,ainsi que deux gaz intéressant les volcanologues : SO2et H2S. De plus, le dispositif fonctionne au simple contact de l’air, ne nécessitant qu’un faible volume de gaz pour effectuer ses mesures.
Après plusieurs mois de calibration en laboratoire, le capteur a fait ses premiers pas sur le volcan de la Soufrière en Guadeloupe, du 4 au 12 décembre 2025. Une étape qui a permis de vérifier que le dispositif fonctionnait de façon stable et répétable en conditions environnementales difficiles. Ensuite, les données recueillies ont été traitées, puis comparées aux mesures réalisées par les volcanologues. Pour un résultat probant sur le SO2et le H2S, deux des trois gaz ciblés par ces derniers. Quant au troisième, le CH4, il n'avait tout simplement pas pu être mesuré avec les appareils utilisés par les volcanologues. Une tâche dont le capteur MUGS s'est acquitté avec succès.
À présent, les chercheuses et chercheurs souhaitent améliorer le dispositif, qui pourrait notamment réaliser et transmettre des mesures tout en étant installé à un endroit fixe, pendant plusieurs mois, ou lors du vol d'un drone, pour établir des cartographies de concentration. Des perspectives qui font l'objet de nouveaux travaux de recherche, grâce au financement des projets européensGENESISetMILADO.
Intérieur de la mallette permettant de réaliser des mesures de dettrain avec la génération 2 ducapteur multigaz sur principe photo-acoustique.