Capteurs Miniatures Multi-Paramètres pour la Gestion des Réseaux d'Eau

par Ferdous Shaun

Projet de thèse en Electronique, Optronique et Systèmes

Sous la direction de Tarik Bourouina.


  • Résumé

    L'eau est une ressource naturelle de plus en plus précieuse. Aujourd'hui entre 30% et 50% de l'eau potable est perdue, principalement du fait de fuites non maitrisées. Les technologies de l'information et de la communication apportent déjà de nombreuses réponses en vue d'une gestion optimale de cette ressource. Dans les réseaux d'eaux (eau potable, eaux usées, eaux de pluie), une telle optimisation de la gestion pourrait être grandement améliorée si l'on avait la possibilité de déployer des capteurs en grand nombre dans de tels réseaux. L'exploitant aurait alors une cartographie fine de différents paramètres d'intérêt. Parmi ces paramètres, la pression et le débit permettent de mesurer les flux et de détecter / localiser des fuites. La conductivité électrique renseigne sur la concentration ionique dans l'eau, indicateur de la dureté de l'eau et/ou de sa pollution chimique. Afin d'apporter une meilleure réponse à ce besoin, nous travaillons dans le cadre du projet Européen H2020 « PROTEUS », sur un capteur miniature multi-paramètres permettant la mesure simultanée de 9 paramètres, dont les 4 paramètres physiques mentionnés plus haut. Le recours aux micro-technologies pour la réalisation d'un tel capteur miniature permet d'envisager un déploiement massif de tels capteurs du fait de leur cout réduit. Toutefois, une telle miniaturisation pose de nombreux défis technologiques et scientifiques auxquels nous nous intéressons dans le cadre de cette thèse. Il faut d'une part réussir à lever un verrou technologique : celui de la co-intégrations de plusieurs capteurs sur le même support, la « puce » en silicium, en conciliant les contraintes inhérentes aux différents principes physiques mis en œuvre pour mesurer les différents paramètres. D'autre part, la proximité mutuelle des différents capteurs co-intégrés dans l'espace confiné de la puce pose la question d'influences mutuelles voire de couplages entre capteurs voisins et donc des conséquences sur la qualité métrologique. Enfin, les propriétés fondamentales des matériaux mis en œuvre dans la puce jouent un rôle très important sur les performances et sur sa longévité des capteurs devant fonctionner en milieu aqueux. Nous nous intéressons plus particulièrement aux propriétés thermiques, aux phénomènes d'électroérosion et d'encrassement, pour lesquels nous cherchons des solutions originales à travers l'étude que nous mènerons.

  • Titre traduit

    Multi-Parameters Miniature Sensor for Water Network Management


  • Résumé

    Water is a precious natural resource. Now-a-days, between 30% and 50% of the drinking water is lost due to the leakages in the distribution system. The information and the communication technologies already bring numerous answers with the aim of a satisfactory management of this resource. In the water network (drinking water, waste water, rainwater), such an optimization of the management could be largely improved if we have the possibility to deploy a large number of sensors in the network. The operator would have an access of fine mapping for various parameters of interest. Among these parameters, the pressure and the flow allow to measure flows and to detect the location of leaks. The electrical conductivity informs about the ionic concentration in the water, which indicates the hardness of the water and/or its overall level of chemical pollution. In order to provide a better response to this need, we work within the framework of the European project H2020 "PROTEUS" on a miniature multi-parameter sensor for simultaneous measurement of 9 parameters including the 4 physical parameters mentioned above. The use of micro-technologies for achieving such a miniature sensor, allows considering a massive deployment of such sensors because of their reduced cost. However, such miniaturization poses many technological and scientific challenges that we are interested in the frame of this thesis. Firstly, it is important to overcome the technological obstacle: that is the integration of all sensors on the same support, a silicon «chip», reconciling inherent constraints of different physical principles and implementing them for measuring different parameters. Another part, the proximity in-between different co-integrated sensors in a confined space raise a question of mutual influence and coupling between neighboring sensors, which may affect the metrological quality. Finally, the fundamental properties of materials that are used in the micro-fabricated chip play an important role on the performance and longevity of the sensors operating in aqueous medium. We are more particularly interested in the thermal properties, as well as the phenomena of electro erosion and fouling, for which we look for innovative solutions through the study which we shall conduct.