Les chercheurs ont développé un moyen de créer une image 3D d’un nuage de gaz qui fuit qui fournit des informations détaillées sur la fuite telles que l’emplacement, le volume et la concentration. La nouvelle approche de détection automatisée pourrait être utilisée pour fournir des alertes précoces, évaluer les risques ou déterminer la meilleure façon de réparer la fuite.
« Avec le développement rapide de la société, il existe désormais de grandes installations situées dans le monde entier où des produits chimiques toxiques, nocifs, inflammables et explosifs sont stockés », a déclaré le chef de l’équipe de recherche Liang Xu de l’Institut d’optique et de mécanique fine d’Anhui, Académie chinoise. des Sciences. « S’il y a une fuite dans l’une de ces installations, il est important de comprendre rapidement sa composition, sa concentration, sa localisation et sa distribution. »
Les chercheurs décrivent leur nouvelle méthode en Optique Express. Il combine les informations de deux systèmes d’imagerie distants par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) avec des informations de positionnement précises provenant de capteurs GPS et gyroscopes pour créer une image 3D du nuage de gaz superposée à une carte numérique Google Earth.
« Auparavant, lorsque des fuites se produisaient, l’emplacement et la direction spécifiques dans lesquels le gaz se déplaçait ne pouvaient pas être déterminés », a déclaré Yunyou Hu, premier auteur de l’article. « Notre méthode pour créer une reconstruction 3D d’un nuage de gaz peut être utilisée pour trouver avec précision la latitude et la longitude du gaz qui fuit. Cette information est importante pour déterminer qui pourrait être exposé et pour arrêter rapidement la fuite afin que moins de gaz soit libéré dans l’atmosphère. »
Ajouter une troisième dimension
La spectroscopie FTIR est largement utilisée dans la détection quantitative à distance des polluants gazeux en raison de sa grande sensibilité, de sa haute résolution et de sa capacité à effectuer des mesures en temps réel avec une portée de détection d’environ 5 kilomètres. Cependant, un seul système d’imagerie par télédétection FTIR ne fournit que des informations 2D sur une fuite de gaz.
Pour obtenir une image 3D, les chercheurs ont utilisé deux systèmes pour obtenir des mesures 2D d’un nuage de gaz sous différentes perspectives. Ces informations ont ensuite été spatialement enregistrées avec les informations de localisation obtenues à l’aide de capteurs GPS et gyroscopes. L’introduction des données dans un algorithme d’imagerie par tomographie informatisée appelée technique de reconstruction algébrique simultanée (SART) produit une reconstruction 3D du nuage de gaz.
« Chaque voxel, ou pixel 3D, dans le nuage de gaz reconstruit en 3D contient des informations 3D sur la longitude, la latitude, la concentration et la hauteur du gaz par rapport au sol », a déclaré Hu. « Le positionnement précis de l’espace surveillé à l’aide de capteurs GPS et gyroscopes était essentiel pour rendre possible la reconstruction quantitative 3D des nuages de gaz. »
Capter une fuite de gaz
Les chercheurs ont testé leur méthode dans une expérience de terrain en plein air dans laquelle ils ont utilisé deux systèmes d’imagerie de télédétection FTIR à balayage pour effectuer une surveillance à distance de petites quantités d’hexafluorure de soufre et de méthane libérées pendant deux minutes dans un espace d’environ 315 mètres cubes. Ils ont pu générer avec succès des recréations 3D des nuages de gaz avec la longitude, la latitude, l’altitude et la distribution de concentration pour les deux gaz.
« Pour appliquer notre technique dans un scénario réel, deux systèmes d’imagerie FTIR à balayage ou plus devraient être installés autour de la zone surveillée pour former un réseau à balayage croisé », a déclaré Hu. « Notre méthode proposée pourrait ensuite être utilisée pour créer une reconstruction 3D d’un nuage de gaz qui fuit qui pourrait, à son tour, être utilisée pour trouver la source de la fuite et fournir des informations d’alerte précoce. »
Les chercheurs travaillent maintenant à optimiser la méthode de reconstruction et prévoient de tester le système dans des environnements industriels réels.
Yunyou Hu et al, reconstruction tridimensionnelle d’un nuage de gaz qui fuit basée sur deux systèmes d’imagerie de télédétection FTIR à balayage, Optique Express (2022). DOI : 10.1364/OE.460640