ANALYSE ET MODELISATION DE L'ACTION DES GAZ SUR DES SEMI-CONDUCTEURS ORGANIQUES (PHTALOCYANINES) POUR L'APPLICATION AUX CAPTEURS DE GAZ PDF Download
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CE MEMOIRE PORTE SUR L'ETUDE DES VARIATIONS DE LA CONDUCTIVITE ELECTRIQUE DE DIFFERENTS SEMI-CONDUCTEURS ORGANIQUES DE LA FAMILLE DES PHTALOCYANINES SOUS L'ACTION DE GAZ DOPANTS. L'OBJECTIF DE CES TRAVAUX EST DOUBLE: D'UNE PART MIEUX COMPRENDRE LES INTERACTIONS ENTRE CES MATERIAUX ET LE GAZ CONSIDERE, D'AUTRE PART METTRE AU POINT UN CAPTEUR DE GAZ INTEGRE DONT L'ELEMENT SENSIBLE SERAIT UNE COUCHE MINCE DE PHTALOCYANINE. APRES LE RAPPEL DE LA DEFINITION ET DES CARACTERISTIQUES D'UN CAPTEUR DE GAZ, LES RAISONS QUI CONDUISENT A UTILISER LES SEMI-CONDUCTEURS ORGANIQUES SONT EXPOSEES. PUIS SONT PRESENTES LES DISPOSITIFS ET METHODES UTILISES POUR MENER A BIEN CETTE ETUDE: SUBSTRATS POUR LA MESURE DE LA CONDUCTIVITE ELECTRIQUE DES MATERIAUX, MICRO-BALANCE A QUARTZ, SYSTEME DE TESTS AUX GAZ, SPECTROSCOPIE D'ABSORPTION DANS LE VISIBLE. LES DOPAGES SONT REALISES A L'AIDE DE GAZ OXYDANTS (DIOXYDE D'AZOTE, BROME) ET REDUCTEURS (MONOXYDE DE CARBONE, AMMONIAC) DILUES DANS UN GAZ VECTEUR (AZOTE OU AIR SEC). ENSUITE, SONT DECRITES LES DIVERSES PROPRIETES DES PHTALOCYANINES AINSI QUE LES CARACTERISTIQUES GENERALES ET STRUCTURALES DES COMPOSES UTILISES (POLYFLUOROPHTALOCYANINE D'ALUMINIUM, BISPHTALOCYANINE DE LUTECIUM, PHTALO-NAPHTALOCYANINE DE LUTECIUM). LES RESULTATS DES DIVERSES EXPERIENCES PERMETTENT DE PRECISER UN MODELE PHENOMENOLOGIQUE FAISANT INTERVENIR DEUX PRINCIPAUX PROCESSUS LORS DES DOPAGES DES PHTALOCYANINES. CETTE ETUDE A PERMIS DE DEFINIR LES CARACTERISTIQUES CHIMIQUES, PHYSIQUES ET MORPHOLOGIQUES QUE DOIT POSSEDER LA COUCHE MINCE DE PHTALOCYANINE POUR UNE UTILISATION COMME MATERIAU SENSIBLE DANS UNE APPLICATION CAPTEUR DE GAZ. AFIN DE RESOUDRE LE PROBLEME DE LA NON SELECTIVITE INTRINSEQUE DES MATERIAUX, IL FAUT REALISER UN MULTICAPTEUR CONSTITUE D'UNE MEMBRANE COMPOSITE COMPORTANT DES MATERIAUX PRESENTANT DES SENSIBILITES DIFFERENTES AUX DIVERS GAZ A IDENTIFIER. UN TEL DISPOSITIF DEVRA ETRE REALISE A L'AIDE DES TECHNOLOGIES DE LA MICROELECTRONIQUE. DANS CETTE OPTIQUE, DES ETUDES DE FAISABILITE DE DEPOT DE COUCHES MINCES DE PHTALOCYANINES SUR DES SUBSTRATS MICROELECTRONIQUES FURENT REALISEES EN S'ASSURANT QUE LES PROCEDES DE FABRICATION UTILISES NE MODIFIENT PAS LES PROPRIETES DES PHTALOCYANINES VIS A VIS DES GAZ
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CE MEMOIRE PORTE SUR L'ETUDE DES VARIATIONS DE LA CONDUCTIVITE ELECTRIQUE DE DIFFERENTS SEMI-CONDUCTEURS ORGANIQUES DE LA FAMILLE DES PHTALOCYANINES SOUS L'ACTION DE GAZ DOPANTS. L'OBJECTIF DE CES TRAVAUX EST DOUBLE: D'UNE PART MIEUX COMPRENDRE LES INTERACTIONS ENTRE CES MATERIAUX ET LE GAZ CONSIDERE, D'AUTRE PART METTRE AU POINT UN CAPTEUR DE GAZ INTEGRE DONT L'ELEMENT SENSIBLE SERAIT UNE COUCHE MINCE DE PHTALOCYANINE. APRES LE RAPPEL DE LA DEFINITION ET DES CARACTERISTIQUES D'UN CAPTEUR DE GAZ, LES RAISONS QUI CONDUISENT A UTILISER LES SEMI-CONDUCTEURS ORGANIQUES SONT EXPOSEES. PUIS SONT PRESENTES LES DISPOSITIFS ET METHODES UTILISES POUR MENER A BIEN CETTE ETUDE: SUBSTRATS POUR LA MESURE DE LA CONDUCTIVITE ELECTRIQUE DES MATERIAUX, MICRO-BALANCE A QUARTZ, SYSTEME DE TESTS AUX GAZ, SPECTROSCOPIE D'ABSORPTION DANS LE VISIBLE. LES DOPAGES SONT REALISES A L'AIDE DE GAZ OXYDANTS (DIOXYDE D'AZOTE, BROME) ET REDUCTEURS (MONOXYDE DE CARBONE, AMMONIAC) DILUES DANS UN GAZ VECTEUR (AZOTE OU AIR SEC). ENSUITE, SONT DECRITES LES DIVERSES PROPRIETES DES PHTALOCYANINES AINSI QUE LES CARACTERISTIQUES GENERALES ET STRUCTURALES DES COMPOSES UTILISES (POLYFLUOROPHTALOCYANINE D'ALUMINIUM, BISPHTALOCYANINE DE LUTECIUM, PHTALO-NAPHTALOCYANINE DE LUTECIUM). LES RESULTATS DES DIVERSES EXPERIENCES PERMETTENT DE PRECISER UN MODELE PHENOMENOLOGIQUE FAISANT INTERVENIR DEUX PRINCIPAUX PROCESSUS LORS DES DOPAGES DES PHTALOCYANINES. CETTE ETUDE A PERMIS DE DEFINIR LES CARACTERISTIQUES CHIMIQUES, PHYSIQUES ET MORPHOLOGIQUES QUE DOIT POSSEDER LA COUCHE MINCE DE PHTALOCYANINE POUR UNE UTILISATION COMME MATERIAU SENSIBLE DANS UNE APPLICATION CAPTEUR DE GAZ. AFIN DE RESOUDRE LE PROBLEME DE LA NON SELECTIVITE INTRINSEQUE DES MATERIAUX, IL FAUT REALISER UN MULTICAPTEUR CONSTITUE D'UNE MEMBRANE COMPOSITE COMPORTANT DES MATERIAUX PRESENTANT DES SENSIBILITES DIFFERENTES AUX DIVERS GAZ A IDENTIFIER. UN TEL DISPOSITIF DEVRA ETRE REALISE A L'AIDE DES TECHNOLOGIES DE LA MICROELECTRONIQUE. DANS CETTE OPTIQUE, DES ETUDES DE FAISABILITE DE DEPOT DE COUCHES MINCES DE PHTALOCYANINES SUR DES SUBSTRATS MICROELECTRONIQUES FURENT REALISEES EN S'ASSURANT QUE LES PROCEDES DE FABRICATION UTILISES NE MODIFIENT PAS LES PROPRIETES DES PHTALOCYANINES VIS A VIS DES GAZ
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LES SEMI-CONDUCTEURS PERMETTENT DE REALISER DES CAPTEURS DE GAZ MINIATURES, PEU ONEREUX MAIS MALHEUREUSEMENT PEU SELECTIFS. IL EST POSSIBLE DE REDUIRE CE DEFAUT PAR L'ASSOCIATION DE CAPTEURS (MULTICAPTEUR) SUIVI D'UN TRAITEMENT DES SIGNAUX. MAIS, LA TRES FAIBLE DIVERSITE DES MATERIAUX ACTUELLEMENT UTILISES NE PERMET PAS LA MISE EN UVRE D'UN MULTICAPTEUR PERFORMANT EN RAISON DE LA SIMILITUDE DES REPONSES INDIVIDUELLES. CE MEMOIRE PRESENTE L'ETUDE DE MATERIAUX ORIGINAUX. L'UN EST UN POLYMERE ORGANIQUE DONT L'ASPECT CRISTAL LIQUIDE FACILITE LA MISE EN UVRE ET L'AUTRE UN MATERIAU TOUT A FAIT NOUVEAU DANS LE DOMAINE DES CAPTEURS, UN SEMI-CONDUCTEUR III-V, L'INP. LE PREMIER MATERIAU, UN POLYPYRROLE RENDU MESOMORPHE PAR INGENIERIE CHIMIQUE, NE S'EST REVELE SENSIBLE QU'AUX GAZ OXYDANTS. DES INSTABILITES DE SON DOPAGE INITIAL CONDUISENT A DES DERIVES INACCEPTABLES POUR UN CAPTEUR. CETTE ETUDE A CEPENDANT PERMIS DE MONTRER QU'UN MODELE D'ACTION DES GAZ, PRECEDEMMENT DEVELOPPE AU LABORATOIRE POUR DES CRISTAUX MOLECULAIRES, EST AUSSI APPLICABLE A DES MATERIAUX MOINS ORGANISES TELS QUE CES POLYPYRROLES. LE DEUXIEME MATERIAU, DES COUCHES MINCES D'INP EPITAXIEES SUR UN SUBSTRAT SEMI-ISOLANT, S'EST REVELE BEAUCOUP PLUS INTERESSANT. LE PRINCIPE D'ACTION DES GAZ, PAR IONOSORPTION ET EFFET DE CHAMP, EST TOUT A FAIT NOUVEAU PAR RAPPORT A CE QUE L'ON CONNAISSAIT JUSQU'A PRESENT. IL EST MONTRE QUE LE PROTOTYPE CAPTEUR PRESENTE UNE SENSIBILITE TRES EXPLOITABLE AU DIOXYDE D'AZOTE. CETTE SENSIBILITE EST D'AUTANT PLUS GRANDE QUE LA COUCHE D'INP EST FINE ET PEU DOPEE. IL EST PROPOSE UN MODELE THEORIQUE DE L'ACTION DU GAZ MELANT LES ASPECTS D'EQUILIBRE CHIMIQUE ET DE PHYSIQUE DU SOLIDE. DES STRUCTURES FONCTIONNANT SUR LE MEME PRINCIPE SONT PROPOSEES, L'UNE D'ENTRE ELLES POURRAIT PERMETTRE UN AJUSTEMENT ELECTRIQUE DE LA SENSIBILITE.
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Ce mémoire relate l'étude de capteurs de gaz réalisés à base de jonctions pseudo-Schottky (Pd/InP). Ces structures micro-électroniques ont pour objectif la détection et la quantification des gaz oxydants (dioxyde d'azote et ozone) intervenant dans la pollution atmosphérique. Après une description des différentes espèces gazeuses constituant la pollution de l'air troposphérique, de la réglementation en vigueur et des méthodes de mesures des différents polluants, les principales familles de capteurs de gaz potentiellement utilisables dans ce domaine sont détaillées. L'étude des jonctions Métal-Semiconducteur, abordée par l'intermédiaire des deux modèles classiques de Schottky-Mott et de Bardeen, met en evidence l'influence des états d'interface et l'intérêt de réaliser des structures pseudo-Schottky. Des mesures en laboratoire à températures et concentrations variables en NO2 et O3 sont présentées. Elles permettent, en corrélation avec des études XPS et AFM, d'interpréter les interactions gaz/ matériaux et de mettre en évidence la présence d'oxyde de surface et subsurface sur le palladium. Ces tests démontrent la bonne sensibilité et la bonne reproductibilité du capteur vis-à-vis du dioxyde d'azote ainsi que la sélectivité à l'ozone, confirmée lors de tests en atmosphère urbaine sur des sites de mesures d'Atmo Auvergne. Afin d'optimiser les caractéristiques métrologiques de ces capteurs, une méthodologie de mesure originale, basée sur la cinétique réactionnelle associée à une régénération du capteur (augmentation de température associée à l'action d'un gaz réducteur) est présentée. Cette méthodologie permet d'obtenir des mesures reproductibles, en temps réel, des concentrations de dioxyde d'azote et d'ozone
Author: Katarzyna Barbara Wierzbowska Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 155
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Cette thèse est consacrée à l'étude de la physico-chimie des structures électroniques et microélectroniques à base de phosphure d'indium (InP). Le contexte scientifique de cette étude est d'abord abordé dans une description de la pollution atmosphérique ainsi que de sa métrologie. Les propriétés physico-chimiques et électroniques de InP sont particulièrement détaillées. Les structures des capteurs de gaz en cours de développement pour cette application sont ensuite répertoriées. Les méthodes de caractérisation chimique (spectroscopie de surface XPS et Auger, microscopie à force atomique AFM) et électronique (Van der Pauw) ainsi que l'analyse théorique des propriétés électroniques des couches minces sont également présentées. Enfin, des mesures en laboratoire à température et concentration variables de NO2 proches de celles rencontrées dans une atmosphère urbaine sont présentées. Les résultats obtenus suite à l'analyse théorique et aux différentes expériences ont montré le rôle prédominant des oxydes natifs présents à la surface de InP sur les réponses des capteurs. Ces derniers interviennent également sur la stabilité de la réponse aux gaz, tout comme leurs propriétés physico-chimiques. Les résultats des caractérisations électroniques et chimiques corroborent les résultats des essais des capteurs et permettent une modélisation de l'action du gaz sur InP.
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CE TRAVAIL EST UNE CONTRIBUTION A L'ETUDE DES PROPRIETES ELECTRIQUES DES MATERIAUX MOLECULAIRES EN VUE DE LEUR UTILISATION COMME ORGANES SENSIBLES POUR CAPTEURS DE GAZ. CE MEMOIRE DEBUTE PAR LA PRESENTATION DES PRINCIPES DE DETECTION MIS EN UVRE DANS LES CAPTEURS DE GAZ. APRES LA DESCRIPTION DES MOLECULES DE PHTALOCYANINES METALLIQUES (PHTALOCYANINE DE CUIVRE, BIPHTALOCYANINE DE LUTECIUM, PHTALOCYANINES POLYMERES), NOUS DONNONS LA STRUCTURE CRISTALLOGRAPHIQUE ET MORPHOLOGIQUE DES COUCHES MINCES REALISEES A PARTIR DE CES MATERIAUX. LA TROISIEME PARTIE EST RELATIVE AUX MECANISMES DE CONDUCTION ELECTRIQUE DANS LES COUCHES MINCES DE PHTALOCYANINE. DANS LA DERNIERE PARTIE DU MEMOIRE SONT PRESENTES LES RESULTATS EXPERIMENTAUX CORRESPONDANT A L'INFLUENCE DES GAZ INDUSTRIELS OXYDANTS (TELS QUE NO2, CL2, O2) ET REDUCTEURS (TELS QUE NH3, H2S, CO) SUR LA CONDUCTION ELECTRIQUE DES STRUCTURES SENSIBLES A PHTALOCYANINE. LA GRANDE SENSIBILITE VIS-A-VIS DES GAZ OXYDANTS EST PARTICULIEREMENT MISE EN EVIDENCE, CE QUI ASSURE UNE SELECTIVITE DE DETECTION VIS-A-VIS DE CE TYPE DE GAZ. UN MODELE D'INTERACTION GAZ/PHTALOCYANINE EST ENSUITE EXPOSE. IL PERMET L'INTERPRETATION DE CES RESULTATS EXPERIMENTAUX. NOUS CONCLUONS SUR LES POTENTIALITES D'UTILISATION DES PHTALOCYANINES COMME MATERIAUX SENSIBLES POUR CAPTEURS DE GAZ
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CE TRAVAIL CONCERNE LA FAISABILITE D'UN MICRO-SYSTEME CAPTEUR DE GAZ MULTIMEMBRANES A OXYDES METALLIQUES. CE DISPOSITIF EST DESTINE A REPONDRE AU MANQUE DE SELECTIVITE INTRINSEQUE DES CAPTEURS RESISTIFS A OXYDES SEMICONDUCTEURS. APRES UN RAPPEL SUR LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DES CAPTEURS DE GAZ, JE PRESENTE LES OBJECTIFS PRECIS DE CES TRAVAUX DE RECHERCHE. ILS CONCERNENT, EN PARTICULIER, L'IDENTIFICATION D'UN GAZ A PARTIR D'UN SYSTEME DE MESURE COMPORTANT UN ENSEMBLE DE CAPTEURS DE SENSIBILITES DIFFERENTES, DONT LES REPONSES SERONT COMPAREES A UNE BASE DE DONNEES ISSUE D'UN CALIBRAGE. DANS UNE SECONDE PARTIE, JE M'INTERESSE AUX PROPRIETES DES OXYDES METALLIQUES COMME CAPTEURS DE GAZ. LA TROISIEME PARTIE EST RELATIVE A L'ETUDE EXPERIMENTALE DES REPONSES ISSUES DES CAPTEURS SNO#2 ET NB#2O#5 SOUS L'ACTION DES GAZ CO, NH#3 ET NO#2. L'INTERPRETATION DES MECANISMES REACTIONNELS MIS EN JEU MET EN EVIDENCE L'EXTREME SENSIBILITE DES STRUCTURES ETUDIEES VIS-A-VIS DES CONDITIONS EXPERIMENTALES (TENSION DE POLARISATION, TEMPERATURE D'UTILISATION) ET VIS-A-VIS DES GAZ INTERFERENTS COMMUNEMENT PRESENTS LORS DE MESURES ENVIRONNEMENTALES (OXYGENE, HUMIDITE). EN DERNIER LIEU, DANS UNE PROBLEMATIQUE SIMPLIFIEE (TAUX D'OXYGENE CONSTANT ET TAUX D'HUMIDITE NUL), JE DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT QUE L'ASSOCIATION DES CAPTEURS SNO#2, NB#2O#5 ET SNO#2 DOPE PD DANS UN SYSTEME MULTICAPTEURS, SUIVI D'UNE UNITE DE TRAITEMENT DU SIGNAL, CONDUIT A LA DETECTION SELECTIVE DES GAZ CO ET NH#3. JE MONTRE QUE DES QUANTITES INDEPENDANTES DE LA CONCENTRATION EN GAZ AMELIORENT L'EFFICACITE DES METHODES DE RECONNAISSANCE. CEPENDANT, LA DERIVE DES CAPTEURS DANS LE TEMPS APPARAIT COMME LA PRINCIPALE LIMITE A CETTE STRATEGIE MULTICAPTEURS.
Author: CELINE.. LOUIS EUGENE DIT PICARD Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 184
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LES PHASES OXYNITRURES DE TYPE ZNGEON POSSEDENT UNE STRUCTURE TETRAEDRIQUE. CE SONT DES SEMI-CONDUCTEURS BONS CANDIDATS POUR LA DETECTION DE CERTAINS GAZ COMME L'AMMONIAC ET L'HYDROGENE SULFURE DANS L'AIR. ZNGEON PEUT ETRE UTILISE COMME CAPTEUR SPECIFIQUE MAIS, A CAUSE DE SA RESISTANCE ELECTRIQUE ELEVEE, SON UTILISATION GRAND PUBLIC A FAIBLE COUT EST DIFFICILEMENT ENVISAGEABLE. AFIN DE MODIFIER LES PROPRIETES ELECTRIQUES DE CES COMPOSES, NOUS AVONS PREPARE UNE NOUVELLE PHASE OXYNITRURE DE CADMIUM ET DE GERMANIUM DESIGNEE PAR LA FORMULE GENERALE CDGEON. CETTE PHASE A ETE CARACTERISEE SUR LE PLAN MORPHOLOGIQUE, CHIMIQUE ET CRISTALLOGRAPHIQUE. LES PHASES CDGEON PRESENTENT UN DOMAINE DE COMPOSITION DANS LEQUEL VARIENT SIMULTANEMENT LE RAPPORT CD/GE ET LE TAUX EN AZOTE. ELLES SONT PREPAREES PAR CHAUFFAGE SOUS COURANT D'AMMONIAC DE POUDRES REACTIVES DE PRECURSEURS OXYGENES CDGEO ELABOREES PAR COPRECIPITATION SELON DES METHODES DE CHIMIE DOUCE. LES OXYNITRURES CDGEON POSSEDENT UNE STRUCTURE TETRAEDRIQUE QUI DERIVE DE CELLE DE LA WURTZITE TYPE ZNGEON. NOUS AVONS ENSUITE REALISE SELON LA TECHNOLOGIE COUCHES EPAISSES UN CAPTEUR MINIATURE INTEGRANT DES ELECTRODES DE MESURES ET UN MICROFOUR. LES TESTS EFFECTUES SUR LES CAPTEURS CDGEON AINSI SERIGRAPHIES METTENT EN EVIDENCE UNE DIMINUTION DE LA CONDUCTANCE DE BASE PAR RAPPORT A ZNGEON (G#A#I#R#-#C#D#G#E#O#N = 10#-#6 #-#1 ET G#A#I#R#-#Z#N#G#E#O#N = 10#-#9 #-#1 A 250C). CES CAPTEURS PERMETTENT LA DETECTION DES GAZ REDUCTEURS TELS QUE H#2S ET NH#3 (G AUGMENTE) ET DES GAZ OXYDANTS NO#X (G DIMINUE). ILS PRESENTENT PAR EXEMPLE UNE GRANDE SENSIBILITE AUX COMPOSES SOUFRES SOUS ATMOSPHERE OXYGENEE ET NON OXYGENEE (LA SENSIBILITE DU CAPTEUR CARACTERISEE PAR G/G A COMME VALEUR 2500% POUR 10 PPM DE H#2S DANS L'AIR). LES NOUVEAUX CAPTEURS DE GAZ QUE NOUS AVONS PREPARES ET CARACTERISES SONT TRES SENSIBLES ET SELECTIFS
Author: Khadija El Badraoui Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 177
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L'objectif de cette thèse était de préparer des oxynitrures de titane et de vanadium susceptibles d'être utilisés comme capteurs de gaz. Il a tout d'abord été comparé l'action de NH3 sur différents oxydes et oxyhydroxyde de titane, en modifiant le temps de réaction, la température et le débit d'ammoniac. Les résultats ont montré que NH3 joue trois rôles différents : agent nitrurant, stabilisateur de la phase anatase et inhibiteur d'agglomérats. Ces résultats ont également permis de mettre au point des méthodes précises de préparation de TiOxNy, isotype de TiN et TiO2-xNy isotype de TiO2 anatase. La structure cristalline de ces deux phases a été déterminée par diffraction neutronique.Le composé TiO2-xNy s'est révélé être un semi-conducteur dont les caractéristiques sont tout à fait conformes à celles qui sont attendues pour un matériau utilisable dans le domaine des capteurs de gaz. L'action de l'ammoniac sur des précurseurs à base d'oxyde de vanadium a permis de préparer une phase nanométrique formulée VOxNy dont quelques propriétés sont décrites.
Author: Michelle Passard
Author: Michelle Passard
Author: Michelle Passard
Author: Debliquy
Author: VALERIE.. BATTUT
Author: Lionel Mazet
Author: Katarzyna Barbara Wierzbowska
Author: Alain Pauly
Author: LAURE.. CHAMBON
Author: CELINE.. LOUIS EUGENE DIT PICARD
Author: Khadija El Badraoui