Étude d'un système à base de microcapteurs de gaz pour le suivi et la cartographie de la pollution atmosphérique PDF Download
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L'objectif de cette thèse est de concevoir un dispositif multi-capteurs de gaz à faible coût pour la surveillance des gaz polluants en environnement externe, et d'élaborer des méthodes de calibrage automatique et d'analyse de données adaptées à son exploitation. Ce dispositif vise à contribuer à la densification du réseau de surveillance de la pollution atmosphérique actuel afin de permettre une meilleure résolution spatiale et temporelle. Premièrement, nous avons sélectionné des micro-capteurs électrochimiques et des micro-capteurs à oxyde métallique capables de détecter et de quantifier des faibles concentrations de dioxyde d'azote et d'ozone dans l'atmosphère. Nous avons caractérisé ces micro-capteurs en laboratoire en termes de sensibilité et de reproductibilité, et les avons testés sur le terrain (à proximité d'un axe autoroutier) en suivant le protocole d'évaluation de micro-capteurs de gaz proposé par le Centre Commun de Recherche Européen (C.C.R.). L'analyse individuelle des données obtenues à partir de chaque capteur a mis en évidence la nécessité de fusionner les réponses de tous les capteurs ainsi que les valeurs de la température et de l'humidité de l'air, à l'aide des méthodes multi-variables de classification et de quantification. Les performances de plusieurs méthodes de classification, utilisées généralement dans le domaine des dispositifs multi-capteurs de gaz, ont été étudiées. Leur comparaison nous a conduit à choisir la régression SVM (Séparateur à Vaste Marge) grâce à sa précision et à sa robustesse. Les hyper-paramètres de cette méthode ont été optimisés à partir de l'algorithme de Recherche par Motifs Généralisés en raison de sa simplicité et de sa fiabilité. La méthode d'étalonnage proposée permet à notre dispositif de quantifier les deux polluants atmosphériques visés dans la gamme des précisions recommandées par les directives européennes concernant les mesures de type « indicative ». Ensuite, nous avons abordé le problème des dérives des capteurs qui engendrent des réétalonnages périodiques. Nous avons proposé une méthode de standardisation basée sur la régression SVM pour permettre de réduire le coût et l'effort d'un étalonnage complet. Cette même méthode de standardisation a été utilisée avec succès pour le transfert d'étalonnage entre plusieurs systèmes identiques afin d'éviter des étalonnages individuels. Nos travaux de recherche ont été valorisés par la publication de deux articles dans les journaux référencés JCR et deux communications dans des conférences internationales IEEE.
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L'objectif de cette thèse est de concevoir un dispositif multi-capteurs de gaz à faible coût pour la surveillance des gaz polluants en environnement externe, et d'élaborer des méthodes de calibrage automatique et d'analyse de données adaptées à son exploitation. Ce dispositif vise à contribuer à la densification du réseau de surveillance de la pollution atmosphérique actuel afin de permettre une meilleure résolution spatiale et temporelle. Premièrement, nous avons sélectionné des micro-capteurs électrochimiques et des micro-capteurs à oxyde métallique capables de détecter et de quantifier des faibles concentrations de dioxyde d'azote et d'ozone dans l'atmosphère. Nous avons caractérisé ces micro-capteurs en laboratoire en termes de sensibilité et de reproductibilité, et les avons testés sur le terrain (à proximité d'un axe autoroutier) en suivant le protocole d'évaluation de micro-capteurs de gaz proposé par le Centre Commun de Recherche Européen (C.C.R.). L'analyse individuelle des données obtenues à partir de chaque capteur a mis en évidence la nécessité de fusionner les réponses de tous les capteurs ainsi que les valeurs de la température et de l'humidité de l'air, à l'aide des méthodes multi-variables de classification et de quantification. Les performances de plusieurs méthodes de classification, utilisées généralement dans le domaine des dispositifs multi-capteurs de gaz, ont été étudiées. Leur comparaison nous a conduit à choisir la régression SVM (Séparateur à Vaste Marge) grâce à sa précision et à sa robustesse. Les hyper-paramètres de cette méthode ont été optimisés à partir de l'algorithme de Recherche par Motifs Généralisés en raison de sa simplicité et de sa fiabilité. La méthode d'étalonnage proposée permet à notre dispositif de quantifier les deux polluants atmosphériques visés dans la gamme des précisions recommandées par les directives européennes concernant les mesures de type « indicative ». Ensuite, nous avons abordé le problème des dérives des capteurs qui engendrent des réétalonnages périodiques. Nous avons proposé une méthode de standardisation basée sur la régression SVM pour permettre de réduire le coût et l'effort d'un étalonnage complet. Cette même méthode de standardisation a été utilisée avec succès pour le transfert d'étalonnage entre plusieurs systèmes identiques afin d'éviter des étalonnages individuels. Nos travaux de recherche ont été valorisés par la publication de deux articles dans les journaux référencés JCR et deux communications dans des conférences internationales IEEE.
Author: Zaher Al Barakeh Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Cette thèse a pour objectif le développement d'un système multi-capteurs de gaz permettant une évaluation en continu et en temps réel des différentes types de pollution atmosphérique en zone urbain, en classifiant notamment les pollutions de type urbaine, photochimique, ou encore liée au trafic. Le projet se base sur l'utilisation de différents capteurs de gaz de type semi-conducteur disponibles dans le commerce qui sont intégrés dans un dispositif autonome et portable, afin qu'il puisse fonctionner sur site.Dans un premier temps, et en grande partie à Saint-Etienne, différents types de capteurs sont sélectionnés puis leurs performances sont testées sur un banc simulant les atmosphères polluées et développé pour l'occasion. Afin de pallier aux problèmes de non répétabilité et de dérive de la ligne de base et de la sensibilité, des procédures de prétraitement de standardisation sont mises au point.Dans un deuxième temps, et en grande partie à Douai, différents sites de tests sont identifiés et leurs historiques de pollution sont étudiés. Plusieurs campagnes en stations de mesure d'une semaine, recouvrant les différentes saisons et les différents types de sites, sont alors menées. Il y est collecté conjointement les signaux des capteurs et des analyseurs de gaz réglementés. Des méthodes basées sur les réseaux de neurones sont alors appliquées afin d'obtenir conjointement, à partir des signaux des capteurs, une classification parmi 3 types de pollutions (urbaine, trafic et photochimique) ainsi qu'un indicateur global de qualité de l'air. Ces méthodes utilisent une approche basée sur la logique floue afin d'éviter les problèmes d'effet de bord.
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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
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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.
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Les systèmes multicapteurs de gaz intelligents connaissent actuellement un développement accru pour de nombreux domaines d'application. Inscrite dans le large domaine de la lutte contre la pollution atmosphérique, notre étude a pour but principal la détection de deux gaz polluants antagonistes le sulfure d'hydrogène H2S, réducteur, et le dioxyde d'azote, NO2, oxydant. Après avoir situé ce sujet dans le cadre de la pollution atmosphérique, puis présenté le principe des nez électroniques, nous justifions notre choix d'une matrice de capteurs à base d'oxyde métallique, et mettons en évidence les avantages et inconvénients de ces capteurs. L'inconvénient majeur est leur sensibilité croisée, qui peut devenir un avantage par l'utilisation de méthodes de reconnaissance de formes. Les deux gaz sont étudiés seuls ou en mélange, successivement dans trois atmosphères, de plus en plus complexes. Les concentrations étudiées correspondent à une pollution industrielle près d'une source émissive. De chaque réponse des capteurs obtenue lors de la procédure systématique de caractérisation, nous avons extrait trois variables représentatives communes à toutes les mesures et une quatrième correspondant à un "pic" négatif spécifique de la réponse de tous les capteurs à H2S, non utilisé dans l'analyse de données, car il n'apparaît pas toujours dans les mélanges. Nous avons construit une base de données d'apprentissage de notre système (environ 1000 mesures) étudiée à l'aide de l'analyse factorielle discriminante, méthode multidimensionnelle supervisée. Nous obtenons identification et quantification des atmosphères gazeuses, en procédant par étapes qui tiennent compte notamment des atmosphères de références. Une identification rapide est obtenue avec deux variables représentatives, valable pour la détection d'un seuil. Grâce aux règles de décision fiables obtenues, nous proposons une méthode d'indentification d'atmosphères inconnues directement exploitable par des utilisateurs
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Les micro-capteurs de gaz connaissent un intérêt croissant avec le développement des applications " bas-coût " dans les domaines de l'automobile, la domotique ou l'environnement. Pour répondre à cette demande, les micro-capteurs à base d'oxyde métallique présentent des avantages uniques comme leur faible coût, une grande sensibilité, un temps de réponse bref et facile à intégrer dans un système portable miniaturisé. Cependant, ces capteurs tels qu'ils sont aujourd'hui, souffrent d'un manque de sélectivité et d'une dérive de leurs performances à long terme, ce qui freine leur développement. D'autre part, la détection du dioxyde de carbone, qui représente un intérêt grandissant, semblait particulièrement difficile avec ce type de capteur. Dans ce contexte, l'objet de ce travail consiste d'une part à bien comprendre les phénomènes réactionnels observés grâce à la simulation numérique " gaz-surface ", d'autre part à définir un mode opératoire " robuste " permettant d'obtenir une meilleure stabilité et surtout améliorer la sélectivité. Tout d'abord, nous avons étudié les paramètres d'un profil de température dynamique pour améliorer significativement les performances du capteur. Par la suite, un modèle de connaissance des mécanismes de réaction à été développé afin de mieux interpréter, comprendre et prévoir le comportement de ces capteurs. Ce modèle a la particularité de simuler les transferts de charge en surface de la couche sensible en s'appuyant sur des calculs ab-initio. Enfin, nous avons travaillé sur la modélisation de la réponse. Un modèle d'interpolation très performant adapté au problème a été étudié dans un système décisionnel. La convergence de ces trois approches a permis une meilleure compréhension du fonctionnement du capteur avec du CO et du CO2 et la détermination d'un protocole de mesure optimal avec une optimisation du traitement du signal de la réponse électrique.
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Ce travail de thèse à été effectué dans l’équipe « Capteur de polluants atmosphériques » dirigée par Thu-Hoa Tran-Thi, au sein du Laboratoire Francis Perrin (URA 2453, CEA/CNRS). L’équipe travaille sur la détection de polluants gazeux toxiques pour la qualité de l’air, la surveillance de l’exposition des travailleurs et pour la lutte contre le terrorisme chimique. Parmi les polluants présents dans l’air intérieur, nous nous sommes particulièrement intéressés aux COV et plus précisément à la famille des composés carbonylés. Les deux plus petites molécules de cette famille sont le formaldéhyde et l’acétaldéhyde. Ce sont des polluants ubiquistes de l’air intérieur, dont les concentrations moyennes retrouvées dans les logements français sont de l’ordre de 18 ppb et 7 ppb respectivement (1 ppb = 10-9 molécules par molécules d’air). Le formaldéhyde a été classé comme « cancérigène certain chez l’homme » en 2004 par le Centre international de Recherche sur le Cancer. La valeur de 18 ppb mesurée dans les logements est supérieure aux recommandations de l’Agence Française de Sécurité et de Surveillance de l’Environnement du travail qui est de 8 ppb pour une exposition chronique. Ainsi la détection et la quantification des concentrations en formaldéhyde dans les logements et les lieux publiques est un enjeu majeur de la politique de santé environnementale. Ill existe aujourd’hui une demande pour un capteur bon marché et simple d’utilisation permettant de mesurer en temps réel de faibles concentrations de formaldéhyde. La stratégie adoptée au LFP consiste à développer des capteurs chimiques innovants à partir de matériaux de silice poreuse. Le procédé sol-gel est utilisé afin de déposer des couches minces de silice (xérogels) de grande surface spécifique (400 - 600 m2.g-1), soit la surface d’un terrain de tennis, déposé sur un substrat transparent de 1cm2. Ceci permet le piégeage par adsorption d’un grand nombre de molécules de polluant. Le dopage des matrices par des réactifs organiques permet d’assurer la sélectivité des capteurs : le Fluoral-P est utilisé comme dopant pour la détection sélective du formaldéhyde, et l’hydralazine, non sélective, pour la détection des aldéhydes totaux. Dans le cas du formaldéhyde, le Fluoral-P réagit sélectivement pour former la Dihydro-Diacétyl-Lutidine (DDL), qui est un produit fluorescent. Un prototype de démonstration à été conçu et automatisé au laboratoire et mesure l’absorption et la fluorescence des couches sensibles en temps réel à l’aide d’un spectrophotomètre miniature. Lors de l’exposition d’une couche sensible à un flux de gaz à analyser la vitesse d’apparition de la fluorescence permet de quantifier en moins de cinq minutes la concentration en formaldéhyde avec une sensibilité inférieur à 0,4 ppb. L’étude de la réponse du capteur en fonction des paramètres critiques à été effectuée. La calibration du capteur à été réalisée en fonction de la concentration en polluant, de la température et de l’humidité relative. Il est ainsi possible d’effectuer des mesures avec un temps de réponse inférieur à 3 minutes dans une gamme d’humidité relative de 0 à 70 % et une gamme de concentrations de formaldéhyde de 0,4 à 160 ppb. L’utilisation d’un filtre desséchant permet d’élargir la gamme de mesures à 100% d’humidité relative. Un mode d’exposition pulsé du capteur à été développé et consiste à exposer plusieurs fois une même couche sensible à des périodes répétées de 3 minutes sous flux. Ce mode permet de réaliser 40 mesures par couche sensible, soit un suivi de la concentration en formaldéhyde en air réel sur 7 heures avec une fréquence de mesure de 10 minutes. Ces résultats ont été validés lors de différentes campagne d’intercomparaison, dont une menée en 2008 à l’Institut National de L’Environnement et des Risques Industriels. Nous avons ainsi démontré qu’il est possible de suivre les variations quotidiennes de la concentration en formaldéhyde en air réel. L’appareil peut mesurer des pics de pollution sur de faibles durées inférieures à 2 minutes et la possibilité de réaliser 40 mesures avec le même échantillon réduit considérablement le coût pour les utilisateurs. Par ailleurs, comparativement aux capteurs commerciaux utilisant des solutions réactives, l’utilisation d’échantillons solides facilite considérablement la manipulation du capteur. Nous avons également étudié plus en détail le rôle de l’interférent majeur qui est la vapeur d’eau. En effet, le Fluoral-P est une molécule sonde qui réagit avec l’eau et est hydrolysée au contact de l’humidité. Une ingénierie de matrices hydrophobes à donc été mise en place, avec la synthèse de xérogels de silice dopés de co-précurseurs hydrophobes (méthylés et fluorés). Nous avons montré que cette ingénierie permet de limiter la diffusion de l’eau dans les couches sensibles et augmente ainsi la durée de vie des capteurs passifs d’un facteur 30. Par ailleurs, nous avons montré que les propriétés du Fluoral-P en font une sonde efficace pour mesurer la perméation de la vapeur d’eau dans les matériaux poreux. Une nouvelle méthode de caractérisation de l’hydrophobie vis à vis de l’eau gazeuse a ainsi été élaborée, utilisant la mesure de la durée de demi-vie du Fluoral-P dans les matériaux mis sous atmosphère humide. Les résultats obtenus sur 5 échantillons sont cohérents et complémentaires avec les caractérisations classiques de l’hydrophobie à l’eau gazeuse (angle de contact et mesure thermogravimétrique). Il est apparu que des matériaux très hydrophobes peuvent être imperméables à l’eau liquide, mais demeurent perméable à l’eau gazeuse et notre méthode de caractérisation, utilisant l’hydrolyse du Fluoral-P, permet de quantifier cette perméabilité.
Author: Claude Delpha Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 184
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Les systèmes multicapteurs de gaz connaissent actuellement un développement accru pour de nombreux domaines d'application. Inscrite dans le large domaine de la lutte contre la pollution atmosphérique, notre étude a pour but principal la détection d'un gaz réfrigérant le Forane 134a et aussi de dioxyde de carbone dans une atmosphère conditionnée humide. Après un état de l'art des applications nez électronique et des capteurs les constituant, nous pressentons et justifions ici notre choix pour une matrice de capteurs à base de dioxyde d'étain. Nous évoquons les principales contraintes liées à leur utilisation nous permettant ainsi de définir le dispositif expérimental nécessaire à leur étude. Nous faisons ressortir l'importance de ce dernier en exposant les erreurs et imprécisions pouvant intervenir dans la mesure si ce conditionnement n'est pas correctement réalisé. Nous donnons ensuite les résultats de la caractérisation des capteurs choisis suivant différentes atmosphères possibles d'air synthétique sec ou humide avec des concentrations variables des deux gaz cibles, R134a et CO2, seuls ou en mélange, et des modes d'introduction différents. Nous mettons alors en évidence la réponse de type réducteur pour l'humidité ainsi que pour le R134a et une réponse de gaz oxydant pour le CO2. Nous montrons également l'influence du taux d'humidité pour les gaz étudiés seuls ou en mélange. De cette caractérisation nous faisons ressortir deux variables représentatives, la conductance stabilisée et la pente dynamique de la conductance, avec lesquelles nous construisons la base de données d'apprentissage pour notre système. Nous montrons que l'association de la conductance au gaz de référence à ces deux premières variables permet de réduire les effets de dérives lors du traitement par les méthodes d'analyses de données choisies (ACP et AFD). Nous proposons alors des règles de décisions fiables pour l'identification des gaz et voire même leur quantification dans certaines conditions, qui ont permis l'identification avec succès d'échantillons inconnu
Author: Nicolas Dufour Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 182
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De nombreuses études récentes ont montré la présence de quantités élevées de polluants à l'intérieur de l'habitacle automobile. La solution proposée pour pallier ce problème est l'élaboration d'un capteur de gaz capable de détecter les polluants pénétrant à l'intérieur du véhicule, engendrant la fermeture des volets d'aération lors de l'observation d'un pic de pollution. Les micro-capteurs chimiques à oxydes métalliques sont les meilleurs candidats pour résoudre cette problématique : ils présentent une grande sensibilité à de nombreux gaz, des temps de réponse rapides, et leur coût de production est faible. Leur principal défaut est un manque de sélectivité. Les travaux de recherches effectués ont consisté à mettre au point un micro-dispositif intégrant un réseau multicapteur de gaz à détection conductimétrique : sur une même puce micro-usinée en silicium sont intégrées plusieurs couches sensibles différentes, visant à détecter sélectivement plusieurs gaz : le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde d'azote (NO2), l'ammoniac (NH3), l'acétaldéhyde (C2H4O) et le sulfure d'hydrogène (H2S). Pour se faire, trois axes d'études principaux se sont dégagés. La première partie de cette étude s'est portée sur la conception des micro-plateformes chauffantes à l'aide d'un outil de simulations numériques multiphysiques, pour optimiser, d'une part leur structure et leur géométrie afin d'atteindre les performances thermiques escomptées (optimisation du rendement thermoélectrique et minimisation d'interaction d'une cellule à l'autre), et d'autre part les performances thermomécaniques compte tenu de la possibilité d'utiliser un mode de fonctionnement des capteurs en transitoires thermiques rapides. Le modèle obtenu a été validé par comparaison à des mesures physiques. Celui-ci nous a permis d'améliorer le comportement thermique à la surface de la membrane et de réduire les coûts de fabrication en simplifiant le design. La fabrication en centrale technologique de la plateforme multicapteurs a ensuite été réalisée en tenant compte des améliorations proposées par la modélisation. Une étude spécifique sur l'intégration dans le procédé d'une technique industrielle des dépôts des matériaux sensibles par jet d'encre a été menée. Nous avons ainsi mis au point une méthode permettant de déposer rapidement et à bas coûts plusieurs couches sensibles (ZnO, CuO et SnO2) sur une même structure de détection. Enfin, nous avons procédé à l'élaboration d'un système décisionnel, comprenant deux éléments : la mise au point d'un profil optimisé de contrôle des résistances chauffantes et sensibles permettant d'améliorer la sensibilité, la sélectivité et la stabilité, et une analyse multivariée des données. Il a de ce fait été possible de détecter sélectivement la plupart des gaz ciblés (seuls et mélangés) à de faibles concentrations (0,2 ppm de NO2, 2 ppm de C2H4O, 5 ppm de NH3 et 100 ppm de CO).
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Ce travail est consacré à l'étude de capteurs de gaz à base de phtalocyanines, vis-à-vis des faibles concentrations en dioxyde d'azote (NO2) et ozone (O3). Les objectifs sont la conception et le développement de capteurs de gaz performants, pouvant évaluer ces deux espèces dans l'atmosphère. Le contexte scientifique de cette étude est tout d'abord présenté par une description de la pollution atmosphérique ainsi que sur sa métrologie. Les structures en cours de développement pour une telle application sont ensuite répertoriées ainsi que leurs performances actuelles. Les propriétés physico-chimiques et électroniques des matériaux sensibles mis en oeuvre lors de ces travaux, à savoir les phtalocyanines, sont particulièrement détaillées. Les processus physico-chimiques mis en jeu entre les gaz et ces matériaux sont également développés. Des mesures en laboratoire à températures et concentrations variables en NO2 et O3, proches de celles rencontrées dans une atmosphère urbaine, sont présentées. Elles permettent l'interprétation des interactions gaz/phtalocyanines, avec comme objectif l'optimisation des caractéristiques de détection. La validation de nos capteurs sur l'un des sites de mesure de la qualité de l'air du réseau AtMO AUVERGNE, confirme leur grande sensibilité et leur faible seuil de détection vis-à-vis des gaz oxydants mais aussi leur non-sélectivité et leur temps de réponse relativement important. Afin d'optimiser les caractéristiques métrologiques, une méthodologie de mesure consistant au réétalonnage périodique du capteur par nettoyage thermique sous air propre, est développée. La concentration en gaz est déduite de la cinétique de réponse du capteur. Un microsystème capteur autonome exploitant cette procédure a été éléboré. Les résultats obtenus en laboratoire et en conditions réelles, démontrent que notre microsystème capteur permet une évaluation fiable, sélective et en temps réel de la concentration d'ozone dans l'atmosphère
Author: Rachid Laref
Author: Rachid Laref
Author: Zaher Al Barakeh
Author: Lionel Mazet
Author: LAURE.. CHAMBON
Author: Omar Helli
Author: Cyril Tropis
Author: Romain Dagnelie
Author: Claude Delpha
Author: Nicolas Dufour
Author: Jérôme Brunet