PARHyS
Développement d’un système complet autonome de mesure d’hydrogène en sous-sol
Energie
2022
Contexte et besoin
L’hydrogène naturel est une source d’énergie verte émergente, émanant naturellement du sol dans plusieurs régions du monde. Pour évaluer le potentiel de cette ressource énergétique, ENGIE Lab CRIGEN a besoin d’un système de mesure capable de détecter et quantifier les émanations d’hydrogène sur le terrain, de manière autonome et sur de longues périodes.
Le système doit permettre le déploiement d’une centaine de capteurs sur des zones géographiques étendues (portée jusqu’à 15km), avec des mesures simultanées et synchronisées entre tous les capteurs pour établir des cartes de couverture précises. L’ensemble doit fonctionner en totale autonomie énergétique dans des conditions climatiques extrêmes, comme démontré lors d’une campagne de 8 mois au Brésil dans le bassin de São Francisco.
Conception du produit
Le système PARHyS comprend trois éléments principaux développés par nos équipes. :
- Capteur H2 Ultra-Low-Power : chaque capteur intègre un module de mesure d’hydrogène, une pompe et une électrovanne pour l’échantillonnage du gaz dans le sol, une communication LoRa bidirectionnelle, et un module BLE pour la configuration locale. Le firmware gère une séquence de mesure sophistiquée. Les mesures sont horodatées et stockées en flash externe.
- Gateway satellite Ultra-Low-Power : a gateway collecte les données de jusqu’à 100 capteurs via LoRa, puis les retransmet via communication satellite Iridium. Elle est alimentée par un petit panneau solaire et assure la synchronisation temporelle précise de l’ensemble du réseau. La synchronisation permet aux capteurs de mesurer simultanément et de transmettre dans des fenêtres temporelles dédiées, minimisant ainsi la consommation énergétique de la gateway qui n’écoute que pendant ces créneaux.
- Application Android : l‘application permet la configuration des capteurs via BLE, le déclenchement de mesures manuelles, et la visualisation des mesures et paramètres. Elle peut également synchroniser l’horloge des capteurs en l’absence de réseau.
La synchronisation temporelle entre capteurs et gateway constitue une réussite technique majeure du projet : elle garantit des mesures simultanées sur l’ensemble du réseau tout en optimisant la consommation énergétique globale du système.
Technologies
Communication radio : LoRa bidirectionnel (868/915 MHz selon région), Bluetooth Low Energy (configuration), Iridium
Plateforme capteur : STM32L0 (Ultra-Low-Power), modem LoRaWAN MM002-LS, BLE
Capteurs : H2, température, humidité
Actionneurs : Pompe, électrovanne
Stockage : Flash externe
Gateway : Communication satellite Iridium, alimentation solaire, portée 15 km
Application : Android natif (configuration, mesures, visualisation)
Qualification : Tests CE / CEM / Radio
Livrables
- Capteur complet (électronique + firmware) – mécanique par entreprise tierce
- Gateway complète (électronique + firmware + mécanique)
- Application Android de pilotage
- Documentation technique complète
- Voir page 59 pour une description complète
100
capteurs déployés en pré-production
4
Gateways produites
5
sites de test
8
mois de test sur site au Brésil