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Développement de la transduction microonde appliquée à la détection d'ammoniac : du nanomatériau au capteur large bande, compréhension des mécanismes et influence des traces d'eau
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Bailly, Guillaume |
| Copyright Year | 2017 |
| Abstract | L’objectif principal de cette these est de proposer une analyse des specificites de la transduction microonde dans le cadre d’une application capteur d’ammoniac. Les deux specificites principales sont la caracterisation large bande (1 et 8 GHz) et les materiaux sensibles (dielectriques). Cette methode de transduction repose sur l’interaction entre un gaz polluant et un materiau sensible depose a la surface d’une structure propagative specifique aux microondes. La reponse du capteur n’est pas directement induite par les proprietes dielectriques de la molecule gazeuse, mais plutot par celles de l’espece cible adsorbee a la surface du materiau sensible. Cette adsorption provoque une modification des parametres du capteur mesures par un analyseur de reseau vectoriel. Contrairement a des transductions conventionnelles comme la conductimetrie, ce principe fonctionne a temperature ambiante avec tout type de materiau, y compris les isolants electriques.Les premiers travaux realises durant cette these ont conduit au developpement d’un nouveau banc experimental. Il est specifiquement adapte a l’etude de capteurs microondes par mesures des coefficients de reflexion et de transmission. Ce developpement comprend la conception de deux nouvelles generations de capteurs, recouverts d’oxydes metalliques (fer ou titane) commerciaux ou synthetises dans le cadre de l’etude. Le premier capteur comporte des circuits interdigites tandis que le second est un resonateur trapezoidal. Ce dernier est caracterise par une serie de frequences d’interet distribuees regulierement entre 1 et 8 GHz. L’association d’un spectrometre de masse au banc de mesure a permis de suivre les adsorptions/desorptions de l’espece cible qui est l’ammoniac (10-100 ppm), mais egalement le comportement du gaz vecteur utilise, l’argon, et de l’eau adsorbee initialement sur le materiau sensible ou volontairement ajoutee en cours de l’experience. L’objectif est d’etudier le role de l’eau comme interferent vis-a-vis de la detection de l’ammoniac. Une troisieme molecule d’interet, l’ethanol, a ete egalement ete utilisee durant les experiences afin d’estimer de potentielles differences de comportement entre les molecules detectees. Les resultats experimentaux ont ete exploites au moyen de protocoles de traitement de donnees specifiquement etablis durant cette these. Des traitements temporels ont ete conduits afin d’etudier le comportement cinetique du capteur, tandis que des traitements spectraux ont permis d’apprehender l’aspect large bande de la reponse du capteur en presence de polluants.Le premier resultat majeur est l’augmentation significative de la sensibilite a l’ammoniac, qui a permis d’abaisser le seuil de detection a des concentrations d’ammoniac de l’ordre de 10 ppm. Le dioxyde de titane a ete identifie comme un bon candidat pour la detection d’ammoniac, avec des variations de coefficient de reflexion allant jusqu’a 6 dB pour 300 ppm d’ammoniac. Le role de l’eau initialement adsorbee sur le materiau sensible a ete elucide, montrant que son influence n’est significative que lors des premieres minutes des experimentations. Ainsi, il est possible de detecter l’ammoniac en presence d’humidite. Les processus lies aux expositions aux flux gazeux et particulierement au gaz vecteur ont ete identifies et ont confirme que la reponse du capteur etait uniquement due a son interaction avec les molecules cibles. Un autre resultat majeur est la definition des conditions operatoires necessaires a l’etablissement de la selectivite. Notre analyse theorique a clairement demontre l’interet des mesures large bande en termes de discrimination de molecules cibles. Cette analyse a ete testee dans le cadre d’experiences multicibles utilisant l’ammoniac, l’eau et l’ethanol. Ces observations ont permis d’etablir un cahier des charges d’une nouvelle generation de capteurs microondes, garantissant une discrimination systematique entre ces trois molecules. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01798951/document |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
