Objectifs scientifiques
Ce projet concerne le développement d’un spectromètre de masse destiné à la surveillance des gaz volcaniques sur le terrain. Plus spécifiquement, cet instrument permettra de suivre le rapport CO2/He, un indicateur efficace de la recharge des réservoirs magmatiques, et de mesurer l’abondance des gaz nobles tels que le néon (Ne) et l’argon (Ar) afin d’évaluer la quantité de gaz atmosphériques présents dans le système. Ce nouvel appareil, basé sur la technologie du “Piège à ions auto-résonnant”, présente des caractéristiques techniques optimales en termes de poids, de volume et de consommation énergétique, le plaçant largement en avance par rapport aux instruments existants, notamment les spectromètres de masse quadrupoles.
Actuellement, l’équipe de recherche a réussi à transformer une jauge à vide MKS en un instrument fonctionnel de laboratoire pour la mesure des gaz nobles. L’objectif ultime est de parvenir à une intégration complète et fonctionnelle de cet instrument, sous forme d’une valise autonome, d’ici 2026, suivi de son déploiement en phase de test dans la région de la chaîne des Puys. Cette étape permettra de réaliser une surveillance annuelle d’une source naturelle de CO2.
Demande technique
L’objectif est de reconfigurer un modèle existant, commercialisé sous l’appellation de RGA (residual gas analyzer), afin d’améliorer ses caractéristiques et le rendre capable de mesurer l’ensemble des gaz rares. Actuellement, cet instrument est équipé d’un multiplicateur d’électrons en mode analogique, dont l’amplification se révèle insuffisante pour la détection des gaz nobles. Techniquement, il faut passer à un mode de comptage des ions, en vue d’améliorer la précision et la sensibilité, notamment pour les isotopes moins abondants des gaz nobles. Cette transition peut être réalisée soit en conservant le multiplicateur d’électrons existant, soit en installant un multiplicateur d’électrons mieux adapté au comptage des ions, nécessitant alors des modifications de l’enceinte et l’intégration d’éléments supplémentaires dans le spectromètre.
Parallèlement, il faut apporter des modifications à l’électronique de pilotage et d’acquisition pour intégrer la gestion de l’instrument en mode de comptage des ions. L’intégration complète de l’ensemble de la chaîne de prélèvement, de purification et d’analyse constitue également un des objectifs, en vue de créer un système transportable pouvant être déployé sur un site de surveillance des gaz.
Description par métier des actions demandées à la DT INSU :
- Développement instrumental : une participation à la rédaction du cahier des charges globale est demandée, avec une activité de conseil et de suivi.
- Electronique : la rédaction du cahier des charges en électronique est demandée, ainsi que la conception de l’électronique de pilotage de tous les sous-systèmes, et la conception de l’électronique d’acquisition de données (signal du spectromètre, configuration instrumentale et état du système).
- Simulation thermique : une analyse thermique de l’instrument est demandée.
- Etude et conception mécanique : la rédaction du cahier des charges en mécanique est demandée, et une étude de la structure mécanique de support de l’ensemble des sous-systèmes.
- Logiciel contrôle commande instrumental / acquisition : la rédaction du cahier des charges du logiciel de l’instrument est demandée, et une activité de conseil et de suivi.
- Fabrication / intégration mécanique : une participation aux actions d’intégration mécanique est demandée.
Contact DT : Gabriel Degret .
Contact ISTO : Manuel Moreira