X Bévenot

An optical fibre surface plasmon resonance (SPR) sensor has been developed for the detection of hydrogen leakages. A thin palladium layer deposited on the bare core of a multimode fibre was used as the transducer. In this device, modification of the SPR is due to variation in the complex permittivity of palladium in contact with gaseous hydrogen. This effect is enhanced by using selective injection of high-order modes in the fibre via a collimated beam with non-normal incidence on the input end of the fibre. Measurements of concentrations as low as 0.8% of hydrogen in pure nitrogen have been found to be possible. The response time varies between 3 s for pure hydrogen and 300 s for the lowest concentrations. Such a large range can be explained by the two different crystallographic phases of the palladium-hydrogen system. Moreover, the response of the sensor is dependent on the length of the sensing area. In preliminary experiments, it has been possible to split the sensing area in order to achieve a two-point detection device.

Pour des raisons de securite liees aux proprietes detonantes de l'hydrogene dans l'air, la detection de fuites d'hydrogene gazeux est primordiale dans les lanceurs spatiaux propulses par un moteur fonctionnant a l'oxygene et l'hydrogene liquide. Afin de completer ses equipements de detection, la societe europeenne de propulsion cherche a developper un detecteur de fuite d'hydrogene a fibre optique. La fibre optique est preconisee pour cette application car elle offre de nombreux avantages en ce qui concerne sa facilite d'utilisation et sa securite de fonctionnement. La conception de ce detecteur doit satisfaire les contraintes d'utilisation (capteur d'extremite, faible masse, faible encombrement, faible consommation energetique), mais egalement les contraintes metrologiques de fonctionnement (detection de 1% a 100% d'hydrogene dans l'azote dans une gamme de temperatures comprises entre 196°C et 23°C). Nous avons realise deux dispositifs a fibre optique. La fibre optique et la membrane transductrice utilisees pour ces deux dispositifs sont identiques : il s'agit d'une part d'une fibre multimodale a saut d'indice et a gros diametre de coeur et d'autre part du palladium. Le premier dispositif est base sur l'excitation d'une onde plasmon a la surface du palladium depose sur la surface laterale du coeur de la fibre (capteur reparti le long de la fibre). Le second dispositif est base sur la variation de la reflectivite d'un micro-miroir de palladium depose en bout de fibre (capteur d'extremite). Les performances du dispositif a plasmon de surface satisfont les specifications metrologiques du cahier des charges pour un fonctionnement a 23°C, mais la conception de ce dispositif est peu adaptee aux contraintes d'utilisation. Bien que la reponse du dispositif a micro-miroir soit plus faible, sa conception est cependant plus adaptee au cahier des charges et permet d'utiliser plus facilement une diode laser de puissance pour obtenir des performances interessantes a 196°C

An optical fibre SPR sensor has been developed for the detection of hydrogen leakages. This sensor uses a selective injection of a monochromatic light and a thin palladium layer as transducer. Detectable concentrations of hydrogen in nitrogen have been found within the range [0,8%, 100%] with response times varying between 300 to 3 seconds at room temperature.