Etude des propriétés électro-catalytiques des matériaux d’électrode et des phénomènes de polarisation pour la compréhension des mécanismes de détection d'un capteur d'oxydes d'azote et l'optimisation de son fonctionnement

Study of electro-catalytic activity of electrodes materials and polarization phenomena for detection mechanism investigation of a no2 sensor and its optimization.

• Auteur / Autrice : Ivan Romanytsia
• Direction : Jean-Paul Viricelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés
• Date : Soutenance le 29/10/2014
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : MEAS France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et REactivité des Systèmes Solide-gaz, Instrumentation et Capteurs - Centre Sciences des Processus Industriels et Naturels - UMR 5307 - Laboratoire Georges Friedel
• Jury : Président / Présidente : Claude Lucat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Paul Viricelle, Claude Lucat, Armelle Ringuedé, José Luis Valverde, Christophe Pijolat, Jean Milpied
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armelle Ringuedé, José Luis Valverde

Mots clés

Mots clés contrôlés

Véhicules automobiles -- Capteurs

Polluants atmosphériques

Oxydes d'azote

Détecteurs de gaz

Mots clés libres

Gaz d’échappement

Capteur

Polarisation

Sélectivité

Mécanisme de détection

Oxydes d’azote

Exhaust

NOx

Sensor

Polarization

Selectivity

Detection mechanism

Résumé

Le transport routier est responsable de la production de la majeure partie des oxydes d’azote (NOx) émis dans l’atmosphère. La majorité de cette pollution est donc concentrée dans des zones très urbanisées. L’exposition permanente aux gaz d’échappement a des conséquences graves pour la santé humaine et pour cela, des normes d’émission de plus en plus strictes sont mises en place. Les technologies post-Traitement embarquées dans les pots d’échappement sont de plus en plus complexes et nécessitent un control continu de la composition gazeuse. Les conditions sérères de ce milieu requièrent le développement de capteurs de gaz robustes et de longue durée de vie. Dans ce travail, nous présentons la procédure de fabrication et la caractérisation d’un capteur électrochimique à trois électrodes pouvant satisfaire les exigences d’une application industrielle dans le domaine automobile. La technologie de sérigraphie utilisée a l’avantage d’être facilement transférable dans l’industrie pour une production de masse bas cout.Le principe de fonctionnement du capteur est basé sur la polarisation galvanostatique de l’électrode sensible permettant une détection sélective de NO2 sans interférence avec d’autres gaz comme CO et NO. De plus, afin d’augmenter la stabilité du capteur, de diminuer les temps de réponse et de recouvrement, un nouveau matériau d’électrode composite à base d’or a été développé.Enfin, la réduction électrochimique de l’oxygène sur l’or et sur des électrodes composite a été étudiée, afin de proposer un mécanisme de détection de NO2

Road transport is one of the main sources of NOx emitted into the atmosphere. The majority of this pollution is concentrated in urbanized areas. The permanent exposure to the exhaust gases has serious consequences for human health and for that, emission standards become more stringent. The modern technologies present in automotive need the continuous control of the exhaust composition. The variations of temperature, composition of exhaust gas, vibrations and other factors require long life robust control systems. In this work, we present the procedure of fabrication and characterization of an electrochemical sensor with three electrodes that can fulfill the demands of industrial applications in automotive industry. Manufacturing by screen-Printing technology allows producing low-Cost sensor with high reproducibility in industrial process.The principle of our sensor is based on galvanostatic polarization of a gold sensing electrode allowing the selective detection of NO2 without interference to other gases such as CO and NO. In order to increase stability, and to decrease the response and recovery time of the sensor, a new Au composite sensitive electrode was developed. The electrochemical reduction of oxygen on gold and gold-Based electrodes was then studied, to propose a detailed mechanism of NO2 detection.