Potential of Micro-scale Optical Spectroscopy for Environmental sensing : Focus on Gas and Air Quality

par Alaaeldeen Fathy Rezk Thabet Mohamed

Thèse de doctorat en Electronique, Optronique et Systèmes

Sous la direction de Tarik Bourouina.

Soutenue le 19-11-2020

à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes (laboratoire) et de Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Exploration du potentiel de la mciro-spectrométrie optique pour l'analyse de l'environnement : focus sur les gaz et la qualité de l'air


  • Résumé

    La pollution de l'air constitue un enjeu sociétal qui affecte l'humanité toute entière. La pollution de l’air a de conséquences sanitaire et environnementale à échelle planétaire, incluant le réchauffement climatique. Plus il est possible de surveiller la pollution, plus nous serons en mesure de cartographier sa diffusion et en atténuer les conséquences, voire la réduire au travers d’outils d’aide à la décision. En vue de la collecte à large échelle de données sur la pollution, le spectromètre MEMS FTIR a l'avantage des mesures en temps réel / continu en plus d'être stable, compact et de faible coût. Son utilisation permet une surveillance de plusieurs polluants gazeux avec le même dispositif. Ceci nous a motivé pour tester le spectromètre MEMS dans différentes applications de détection de gaz telles que la surveillance des composés organiques volatils avec une limite de détection de l’ordre du ppb (part par milliards) en concentration, les mesures en circuit ouvert et une étude dur le monitoring de l’efficacité de la purification de l'air. Afin de palier à la résolution spectrale limitée du MEMS FTIR, le concept du spectromètre parallèle a été introduit pour mesurer le gaz avec un pouvoir de résolution plus élevé. En outre, un nouveau spectromètre différentiel a été introduit et testé. Enfin, étant donné que les cellules à gaz sont des composants clés dans les capteurs optiques, des cellules à gaz intégrées à la puce comprenant des guides d'ondes creux et une cellule à passes multiples ont été conçues réalisées et mises en œuvre. Leur intégration avec le spectromètre MEMS est un objectif ultime pour avoir des capteurs spectraux complètement intégrés sur la même puce, conduisant à un dispositif de mesure de gaz versatile plus compact et moins coûteux.


  • Résumé

    Air pollution is a global issue that increasingly affects mankind. The effects of the pollution on health and on the environment, include global warming. The better our ability to monitor the pollution, the better we will be able to map its diffusion and mitigate for its consequence and even reduce it through information of decision makers. Towards collecting pollution data at large scale, MEMS FTIR spectrometer has the advantage of the real-time/continuous measurements besides being stable, compact and of low cost. Using it allows an effective and wide monitoring of multiple gas pollutant simultaneously with the same device. This motivates us for using the MEMS spectrometer in different gas sensing applications such as monitoring of volatile organic compounds with a lower limit of detection in parts per billion (ppb) concentration, open-path measurements and monitoring air purification. Trying to overcome the limited spectral resolution, the parallel spectrometer concept was introduced to measure gas with higher resolving power. Also, a novel differential spectrometer was developed. Since gas cells are key components in sensors where light interaction occurs, chip integrated gas cells including hollow waveguides and multi-pass cell were implemented. Integrating them with the MEMS spectrometer is an ultimate goal for having all the senor completely integrated on the same chip, leading to a more compact and lower cost sensor.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 31-12-2022

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Communautés d’Universités et d'Etablissements Université Paris-Est. Bibliothèque universitaire.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.