L’hydrogène est un combustible propre qui pourrait contribuer à remplacer les combustibles fossiles dans les transports, l’industrie chimique et de nombreux autres secteurs. Cependant, l’hydrogène est également un gaz explosif, et il est donc essentiel de disposer de systèmes de sécurité capables de détecter les fuites de manière fiable dans diverses circonstances.
Les chercheurs de KAUST ont inventé un capteur d’hydrogène robuste, très sensible et peu coûteux qui surpasse les détecteurs commerciaux, offrant ainsi une protection vitale pour l’économie de l’hydrogène en plein essor.
« Les capteurs d’hydrogène conventionnels sont confrontés à plusieurs limitations », indique Suman Mandal du KAUST Solar Center, membre de l’équipe à l’origine de ces travaux. « Ces capteurs réagissent souvent lentement aux fuites d’hydrogène, ne peuvent pas détecter des traces d’hydrogène et doivent être chauffés pendant leur fonctionnement, par exemple.
Les chercheurs ont surmonté ces problèmes en utilisant un polymère semi-conducteur appelé DPP-DTT, qu’ils ont enduit sur une paire d’électrodes en platine. L’exposition à l’hydrogène a réduit jusqu’à 10 000 fois le courant traversant le dispositif, offrant ainsi un signal de détection puissant, la baisse du courant correspondant à la concentration d’hydrogène.
« Cette réactivité élevée permet une détection rapide et précise des fuites de gaz, ce qui est essentiel pour la sécurité dans les secteurs de l’industrie et des transports », précise M. Mandal
Le dispositif fonctionne à température ambiante et peut détecter des traces d’hydrogène à seulement 192 parties par milliard. Il réagit dans la seconde qui suit l’exposition et consomme à peine deux microwatts. Des essais en laboratoire ont montré que l’appareil pouvait fonctionner dans une large gamme de températures et d’humidité et qu’il restait fonctionnel pendant deux ans.
Les chercheurs ont testé l’appareil dans divers scénarios réels, notamment des fuites d’hydrogène dans un tuyau et l’éclatement de ballons remplis d’hydrogène dans une pièce. Ils ont même monté l’appareil sur un drone et l’ont fait voler dans une zone où une fuite d’hydrogène s’était produite. Dans tous les scénarios, l’appareil a donné de meilleurs résultats que les capteurs commerciaux.
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Le capteur pouvait également détecter l’hydrogène dans des mélanges de molécules volatiles telles que l’éthanol et l’acétone, ainsi que dans des mélanges de gaz complexes. Le capteur n’a échoué que lorsque l’atmosphère était dépourvue d’oxygène, ce qui a fourni un indice important sur son fonctionnement.
L’oxygène de l’air pénètre dans le polymère et attire les électrons du matériau. Cela augmente le courant qui traverse le dispositif et laisse de l’oxygène dans le polymère et sur les électrodes. S’il y a de l’hydrogène dans l’air ambiant, il traverse également le polymère et atteint les électrodes, où il se divise en atomes d’hydrogène qui adhèrent à la surface du platine. Les atomes d’hydrogène et d’oxygène se combinent ensuite pour former de l’eau, qui s’échappe de l’appareil. L’élimination de cet oxygène réduit le courant qui traverse le dispositif, ce qui signale la présence d’hydrogène.
« Il s’agit d’un mécanisme de détection de l’hydrogène entièrement nouveau », indique M. Mandal.
Grâce à une méthode de sérigraphie peu coûteuse, le capteur pourrait être fabriqué à bas prix, ce qui en ferait un moyen abordable et pratique d’identifier rapidement les fuites d’hydrogène.
L’équipe a déposé un brevet pour ses travaux et prévoit de collaborer avec une entreprise pour poursuivre le développement de la technologie. « Je pense que ces efforts contribueront à résoudre les problèmes de sécurité liés à l’hydrogène d’une manière rentable et respectueuse de l’environnement », déclare M. Mandal.
Légende illustration : Le nouveau capteur d’hydrogène de KAUST est ultrasensible, rapide et économe en énergie. Il peut détecter 192 ppb d’hydrogène dans des mélanges de gaz complexes en moins d’une seconde. 2025 KAUST.
Mandal, S., Marsh, A. V., Faber, H., Ghoshal, T., Goswami, D. K., Tsetseris, L., Heeney, M. & Anthopoulos, T. D. A robust organic hydrogen sensor for distributed monitoring applications. Nature Electronics (2025).| article
