Développement et optimisation de capteurs à ondes élastiques de surface dédiés à la détection de gaz toxiques et particules fines

par Fatima-ezzahraa Dbibih

Projet de thèse en Sciences pour l'Ingénieur

Sous la direction de Virginie Blondeau-patissier, Claude Gros et de Sylvain Ballandras.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (laboratoire) et de Département Temps Fréquence (equipe de recherche) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    La pollution de l'air représente un risque environnemental majeur pour la santé et l'on estime qu'à l'échelle mondiale, elle est à l'origine d'environ deux millions de décès prématurés par an. Notre environnement est constitué de nombreuses particules micro et nanométriques en suspension dans l'air pouvant entraîner des conséquences plus ou moins importantes pour la santé. Cela peut se traduire par une intoxication dans le cas du monoxyde de carbone ou par des problèmes pulmonaires dans le cas du formaldéhyde, classé comme gaz cancérigène pour l'homme par l'Agence Internationale de Recherche sur le Cancer (IARC). Le dioxyde de carbone issu du secteur des transports (combustion de carburants), de l'industrie (utilisation d'énergies fossiles) et de l'habitat (utilisation d'énergie pour le chauffage, l'éclairage, …) serait responsable de 26 % de l'effet de serre à l'œuvre dans notre atmosphère, responsable en partie du réchauffement climatique. Enfin, les particules fines notées PM10 et PM2.5 pénètrent en profondeur dans les poumons et peuvent être à l'origine d'inflammations de l'état de santé des personnes atteintes de maladies cardiaques et pulmonaires. Tous ces gaz ou microparticules sont utilisés ou émises de façon relativement banale quotidiennement. Pourtant, ils peuvent présenter un réel danger pour la santé quand leur concentration atteint un seuil critique. Les dispositifs à ondes élastiques de surface (SAW) sont actuellement à l'étude pour la détection de faibles concentrations de gaz ou particules. En effet, ils sont de haute sensibilité, de petite taille, peuvent être réalisés à faible coût et présentent une grande robustesse. Le principe de ceux-ci est basé sur les variations de propriétés de propagation des ondes de surface provenant de couches sensibles déposées sur les capteurs et ce, en fonction de la quantité de gaz présent dans l'environnement. Les phénomènes d'adsorption et de désorption peuvent ainsi être suivis de façon simple par ces capteurs. Des techniques de suivis in-situ associées sont alors nécessaires pour le développement des capteurs industrialisables. Le contrôle de l'environnement nécessite la mesure de différentes espèces de gaz et particules fines. Il ne peut dont pas être effectué par un seul capteur mais un ensemble de capteurs spécifiques et sélectifs.

  • Titre traduit

    Development and optimization of surface elastic wave sensors dedicated to the detection of toxic gases and fine particles


  • Résumé

    Air pollution is a major environmental health risk and is estimated to cause about two million premature deaths globally. Our environment is made up of many micro and nanometric particles suspended in the air that can lead to more or less important consequences for health. This can lead to intoxication in the case of carbon monoxide or lung problems in the case of formaldehyde, classified as carcinogenic to humans by the International Agency for Research on Cancer (IARC). Carbon dioxide from the transport sector (fuel combustion), industry (use of fossil fuels) and housing (energy use for heating, lighting, ...) would be responsible for 26 % of the greenhouse effect at work in our atmosphere, partly responsible for global warming. Finally, fine particles PM10 and PM2.5 penetrate deep into the lungs and can cause inflammation of the health of people with heart and lung diseases. All of these gases or microparticles are used or emitted relatively trivially daily. Yet, they can present a real health hazard when their concentration reaches a critical level. Surface elastic wave (SAW) devices are currently being investigated for the detection of low concentrations of gases or particles. Indeed, they are high sensitivity, small, can be made at low cost and have great strength. The principle of these is based on the variations of propagation properties of the surface waves coming from sensitive layers deposited on the sensors and this, according to the quantity of gas present in the environment. The adsorption and desorption phenomena can thus be tracked in a simple manner by these sensors. In-situ monitoring techniques are therefore necessary for the development of industrializable sensors. The control of the environment requires the measurement of different species of gas and fine particles. It can not be done by a single sensor but a set of specific and selective sensors.