Academic literature on the topic 'Capteurs portatifs de la qualité de l'air'

La pollution de l’air contribue à dégrader la qualité de vie et à réduire l’espérance de vie des populations. L’organisation mondiale de la santé estime que la pollution de l’air est responsable de 7 millions de morts par an dans le monde. Elle participe à aggraver les maladies respiratoires, cause des cancers du poumon et des crises cardiaques. La pollution de l’air a donc des conséquences sanitaires importantes sur la vie humaine et la biodiversité. Ces dernières années, des progrès considérables ont été réalisés dans le domaine des microcontrôleurs et des modules de télécommunications. Ces derniers sont de plus efficients énergétiquement, performants, abordables, accessibles et sont responsables de l’émergence des objets connectés. Parallèlement, les récents développements des microsystèmes électromécaniques et des capteurs électrochimiques ont permis la miniaturisation des technologies permettant de mesurer de nombreux paramètres environnementaux dont la qualité de l’air. Ces avancées technologiques ont ainsi permis la conception et la production dans un cadre académique de capteurs de la qualité de l’air, portatifs, connectés, autonomes et en capacité de réaliser des acquisitions à une fréquence temporelle élevée. Jusqu’à récemment, l’un des majeurs freins à la compréhension de l’impact de la pollution de l’air sur la santé fut l’impossibilité de connaître l’exposition réelle des individus durant leur vie quotidienne ; la pollution de l’air est complexe et varie en fonction des habitudes, des activités et environnements empruntés par les individus. Ces capteurs portatifs de la qualité de l’air permettent donc de lever entièrement ce frein ainsi qu’un nombre important de contraintes. Ils sont conçus pour être utilisables en mobilité, sur de longues périodes et produisent des données granulaires, immédiatement disponibles, décrivant l’exposition à la pollution de l’air du porteur. Bien que les modules de mesure embarqués dans ces capteurs ne soient aujourd’hui pas aussi performants que les instruments de références ou la télédétection, lorsqu’il s’agit d’évaluer l’exposition individuelle à la pollution de l’air, parce qu'ils sont au plus proche des individus, ils permettent d’obtenir l’information la plus fidèle et constituent donc un outil indispensable pour l’avenir de la recherche épidémiologique. Dans ce contexte, nous avons participé au développement et à l’amélioration de deux capteurs de la qualité de l’air ; le CANARIN II et le CANARIN nano. Le CANARIN II est un capteur connecté communiquant par Wi-Fi, qui rapporte les concentrations de particules de diamètre 10, 2.5 et 1 micromètre, ainsi que les paramètres environnementaux de température, humidité et pression, chaque minute et les rend disponible en temps réel. Le CANARIN nano est, quant à lui, un capteur de plus petite taille, possédant les mêmes capacités que le CANARIN II, tout en faisant additionnellement l’acquisition des composés organiques volatils. Il est en capacité de fonctionner de manière autonome, puisque communiquant par réseau cellulaire. Deux types de résultats ont été obtenus avec les capteurs CANARIN ; d’une part, des résultats produits à partir de leur utilisation dans des conditions de vie réelle, d'autre part, des résultats en lien avec l'interprétation et la compréhension des mesures produites par les capteurs de particules dont les CANARINs sont équipés. Ces deux capteurs furent ainsi tous deux exploités par deux projets de recherche, au sein desquels nous avons accompagné le déploiement de plusieurs flottes de capteurs hétérogènes et réalisé l’analyse des données acquises. [...]
Air pollution contributes to the degradation of the quality of life and the reduction of life expectancy of the populations. The World Health Organization estimates that air pollution is responsible for 7 million deaths per year worldwide. It contributes to the aggravation of respiratory diseases, causes lung cancer and heart attacks. Air pollution has therefore significant health consequences on human life and biodiversity. Over the last few years, considerable progress has been made in the field of microcontrollers and telecommunications modules. These are more energy efficient, powerful, affordable, accessible, and are responsible for the growth of connected objects. In the meantime, the recent development of microelectromechanical systems and electrochemical sensors has allowed the miniaturization of technologies measuring many environmental parameters including air quality. These technological breakthroughs have enabled the design and production in an academic environment, of portable, connected, autonomous air quality sensors capable of performing acquisitions at a high temporal frequency. Until recently, one of the major obstacles to understanding the impact of air pollution on human health was the inability to track the real exposure of individuals during their daily lives; air pollution is complex, and varies according to the habits, activities and environments in which individuals spend their lives. Portable air quality sensors completely remove this obstacle as well as a number of other important constraints. These are designed to be used in mobility, over long periods of time, and produce immediately available granular data, which describes the exposure to air pollution of the person wearing it. Although the measurement modules embedded in these sensors are not currently as reliable as reference tools or remote sensing, when it comes to assessing individual exposure to air pollution, because they are as close as possible to the wearer, they provide the most accurate information, and are therefore an indispensable tool for the future of epidemiological research. In this context, we have been involved in the development and improvement of two air quality sensors; the CANARIN II and the CANARIN nano. The CANARIN II is a connected sensor communicating via Wi-Fi, which reports the concentration of 10, 2.5 and 1 micrometer diameter particles, as well as the environmental parameters of temperature, humidity, and pressure, every minute, making them available in real time. The CANARIN nano is a smaller sensor with the same capabilities of the CANARIN II, while additionally sensing volatile organic compounds levels. The CANARIN nano is able to operate autonomously, as it communicates through the cellular network. Two types of results have been obtained with the CANARIN sensors; on one hand, results produced from their use in real life conditions, and on the other hand, results related to the interpretation and understanding of the measurements produced by the particle sensors. These two sensors were both used in two research projects, in which we have helped deploy several heterogeneous sensor fleets and analyzed the acquired data. Firstly, in the POLLUSCOPE project funded by the French National Research Agency, where 86 volunteers from the general population wore a set of air pollution sensors for a total of 101 weeks, 35 of which the volunteers were also equipped with health sensors. Secondly, in the POLLAR project, where 43 subjects underwent polysomnography and then wore one CANARIN sensor for 10 days, thus allowing for the first time to explore the link between sleep apnea and particulate matter exposure. [...]

En passant près de 90% de son temps dans les espaces clos, l'Homme est exposé à des polluants particulaires de diverses natures d'origines exogène et endogène au bâtiment, pour lesquels aucune valeur guide n'est disponible. Parmi ces polluants figurent les particules biologiques et notamment les spores fongiques, particules vivantes les plus nombreuses et les plus diversifiées de l'air que nous respirons (Nolard, 1997). Ubiquitaire et délétère, la pollution particulaire fongique est mise en cause dans la survenue de nombreuses pathologies parmi lesquelles se trouvent les maladies immuno-allergiques. Dans le cadre de la surveillance de la qualité micro-biologique de l'air des espaces clos, cette thèse vise à fournir les premiers éléments de conception d'un outil individuel de diagnostic dédié à l'évaluation de l'exposition des occupants aux aérobiocontaminants allergéniques en s'intéressant plus particulièrement à la pollution fongique aéroportée. Cette recherche repose sur les expertises techniques et scientifiques du CSTB, de l'ESIEE et de l'Université Paris-Est en matière de détection fongique, de miniaturisation d'instruments de mesure via les micro technologies et de physique des aérosols. Se faisant, ces travaux cristallisent autour d'une architecture système reposant sur trois axes : la capture et sélection des particules selon leurs propriétés physico-chimiques de surface, la quantification de la masse des particules et l'identification de la nature des particules à l'aide d'une analyse chimique. Ces axes correspondent à autant de thématiques abordées au cours de ces travaux de thèse. Ainsi, la première a consisté à étudier l'adhérence des conidies aux surfaces afin de mieux cerner les déterminants de ce phénomène physique et évaluer les énergies mises en jeu. Les résultats subséquents ont permis, lors d'une deuxième phase de travail, de dimensionner une microbalance en silicium de type MEMS en replaçant les problématiques liées aux interactions particules-résonateurs au cœur du débat. Par ce biais, l'enjeu a été de lever certains verrous scientifiques constatés dans la littérature, telles des sensibilités non-uniformes sur toute la surface des dispositifs de mesure ou encore des réponses en fréquence non linéaires avec la masse déposée. Une telle approche a en outre permis d'évaluer les performances attendues pour de tels capteurs. Enfin, le dernier aspect de cette recherche a porté sur l'identification des particules aéroportées biologiques par voie chimique en combinant pyrolyse des entités biologiques d'intérêt, chromatographie en phase gazeuse et spectroscopie de masse (Py-CPG/MS). A cette occasion, un travail collaboratif engagé avec le Réseau National de Surveillance Aérobiologique a permis d'éprouver la solution technologique et la méthodologie employées puisqu'une seconde catégorie de particules modèles a alors été considérée : les pollens. L'analyse des composés organiques volatiles issus de l'analyse Py-CPG/MS des micromycètes et des pollens a permis de démontrer l'existence d'une signature chimique spécifique de l'origine biologique des particules. Suite à cela, il a été possible d'établir diverses listes de traceurs chimiques caractéristiques des phyla voire des espèces des différents contaminants étudiés. La pertinence de ces marqueurs a alors été éprouvée lors d'un essai in situ
Nowadays people pass 90% of their time in closed spaces, and in consequence are exposed to indoor and outdoor particulate matter for which no reference value is available. These pollutants include biological particles and in particular fungal spores, the most numerous living particles and most diverse on the air we breathe (Nolard, 1997). Ubiquitous and harmful, fungal particulate pollution is implicated in the occurrence of many diseases including immuno-allergic diseases. In the context of the monitoring of the microbiological quality of air in indoor spaces, this thesis aims to provide first design elements of an individual diagnostic device dedicated to the exposure assessment of allergenic bio-contaminants focusing in particular on airborne fungal pollution. This research relies on the technical and scientific expertise of CSTB, ESIEE Paris and Université Paris-Est for fungal detection, miniaturization of measurement instrumentation and aerosol physics. Thus, this work is built around a system architecture based on three main elements: the capture and selection of particles according to their surface physical and chemical properties, the particles mass quantification and the identification of the nature of the particle using chemical analysis. These elements relate to many topics covered during the thesis work. In this way, the first topic consists in studying the adhesion of conidia to surfaces to better understand the determinants of this physical phenomenon and evaluate the energies involved. Subsequent results were used during a second stage of this work, to design a MEMS-type silicon microbalance considering the particle-resonator interaction. By this mean the issue was to solve some scientific challenges identified in the literature, such non-uniform sensitivity over the entire device surface or nonlinear frequency responses due to the added mass. Such an approach has also allowed evaluating the performance expected for such sensors. The last aspect of this research focused on the identification of biological airborne particles chemically combining pyrolysis of biological entities of interest, and gas chromatography and mass spectrometry (Py-GC/MS). On this occasion, a collaborative work engaged with the "Réseau National de Surveillance Aérobiologique" allowed to experience the technological solution and our methodology since another class of particles was considered: pollens. The analysis of volatile organic compounds obtained from Py-GC/MS characterization of micro-fungi and pollens demonstrated the existence of a specific chemical signature for each biological particle class. Thereafter, it was then possible to establish a variety of chemical markers lists for phyla and different species of the contaminants studied. The relevance of these markers has been further tested in an in-situ assay

Le travail de thèse s'est organisé autour de l'application de l'algorithme de télédétection des aérosols au-dessus des terres émergées développé pour le capteur ENVISAT/MERIS sur une base de données du capteur SeaSTAR/SeaWiFS. La télédétection des aérosols au-dessus des terres émergées est basée sur la détection des cibles de végétation sombre dans le bleu et le rouge (DDV) à l'aide d'un seuil sur l'ARVI. Le point critique de l'algorithme est la faible couverture du produit aérosol (inférieure à 2% des terres émergées). Pour remédier à cette faible couverture, le concept de DDV a été étendu à des surfaces plus brillantes appelées LARS. La réflectance des LARS est modélisée grâce à la linéarité de la réflectance de surface en fonction de l'ARVI. Une étude statistique sur les données SeaWiFS basée sur l'homogénéité spatiale des aérosols sur ces petites sous scènes a permis de confirmer le nouveau modèle établi par HYGEOS sur les données MERIS. La comparaison des produits aérosols SeaWiFS avec les données photométriques du réseau AERONET montre une bonne inversion des épaisseurs optiques des aérosols dans le bleu et une surestimation des épaisseurs optiques des aérosols dans le rouge. Nous avons maintenant un produit aérosol opérationnel sur les données SeaWiFS. Dans le cadre de deux projets européens, nous avons été amenés à appliquer l'algorithme de télédétection des aérosols au-dessus des terres émergées. Le projet EXPER/PF porte sur la qualité de l'air et la possibilité de conversion des épaisseurs optiques des aérosols en mesure de « Particulate Matter » à l'aide d'une large base de données sur les particules et des données auxiliaires. Le projet SISCAL concerne la « couleur de l'eau » et l'application de la télédétection des aérosols au-dessus des terres émergées dans une approche innovante des corrections atmosphériques au-dessus des eaux intérieures.

La pollution atmosphérique urbaine, fléau mondial causant des millions de décès par an, rend les cartographies précises de ce phénomène non seulement pertinente mais vitale pour la santé publique.Actuellement, la surveillance de la qualité de l'air est assurée par des stations fixes de surveillance de la qualité de l'air. Ces stations de référence fournissent une mesure très précise de la qualité de l'air au prix d'une couverture spatiale limitée.L'idée d'utiliser de nouveaux capteurs à faible coût développés à partir de récentes avancées technologiques, plus petits, intégrant un système de positionnement global (GPS) a rapidement émergée. Les scientifiques disposent ainsi d'outils supplémentaires pour affiner les cartes spatio-temporelles de la pollution atmosphérique et créer de nouveaux ensembles de données fournissant des informations sur la qualité de l'air qui n'étaient pas disponibles auparavant.La génération de cartographies précises de la qualité de l'air à l'aide de ces capteurs bas coût présente plusieurs défis majeurs. Ces défis sont principalement liés à la nature du phénomène étudié, à la précision et au volume des données.Compte tenu de ces difficultés, il est essentiel de savoir comment combiner toutes ces sources de données floues pour obtenir une image claire de la pollution urbaine.C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse dont le but est l'analyse et le développement de modèles statistiques qui exploitent les données acquises par des capteurs mobiles bas coût. Elle contribue à l'objectif de fournir des estimations et des prévisions spatiales et temporelles plus précises de la pollution de l'air urbain, en combinant modèles mathématiques et avancées technologiques
Urban air pollution, a global health crisis causing millions of deaths every year, makes accurate mapping of this phenomenon not only relevant, but vital to public health.Currently, air quality is measured by fixed air quality monitoring stations. These reference stations provide a highly accurate measure of air quality, at the cost of limited spatial coverage.The idea of using new low-cost sensors developed from recent technological advances, smaller in size and incorporating a global positioning system (GPS), quickly emerged. This gives scientists additional tools to refine spatio-temporal maps of air pollution and create new datasets providing information on air quality that was previously unavailable.Generating precise air quality maps using these low-cost sensors presents several major challenges. These challenges are mainly related to the nature of the phenomenon being studied, and to the accuracy and volume of the data.Given these difficulties, it is important to know how to combine all these fuzzy data sources to obtain a clear picture of urban pollution.The aim of this thesis is to analyze and develop statistical models that exploit data acquired by low-cost mobile sensors. It contributes to the objective of providing more accurate spatial and temporal estimates and forecasts of urban air pollution, by combining mathematical models and technological advances

Les particules fines ont un impact réel sur la qualité de vie et la santé de millions de personnes dans les grandes zones urbaines, notamment en Asie. Pour les détecter et quantifier leur concentration, les capteurs de particules optiques sont les plus couramment étudiés, mais restent relativement chers et volumineux. Les transducteurs MEMS micropoutres sont largement utilisés pour des applications gravimétriques, pour la détection de particules ou de gaz, ce qui requiert des sensibilités massiques (Sm) élevées et des limites de détection (LOD) basses. Pour cela les micropoutres les plus adaptées sont celles ayant des fréquences de résonance (f0) et facteurs de qualité (Q) élevés, avec de faibles bruits de mesure et des masses faibles. Les micropoutres silicium sont couramment utilisées en tant que capteurs gravimétriques et sont de sérieux candidats pour répondre aux caractéristiques souhaitées. Cependant, la sérigraphie a le potentiel pour une fabrication moins chère, plus rapide et aussi à grande échelle. Pour ces micropoutres, l'actionnement et la lecture de f0 sont possibles par effet piézoélectrique. Bien qu'il existe des solutions inorganiques prometteuses sans plomb, les céramiques de titano-zirconate de plomb (PZT) possèdent encore les meilleures propriétés parmi les matériaux piézoélectriques. Des micropoutres fabriquées en technologie hybride couches épaisses sérigraphiées, à actionnement et lecture piézoélectriques intégrés, libérées à l'aide d'une couche sacrificielle polyester et avec co-cuisson de toutes les couches pour leurs libérations sont présentées ici. Différentes géométries ont été testées de 1 mm à 2 mm de large et de 1 mm à 8 mm de long, pour une épaisseur d'environ 100 μm. Une masse volumique ρ PZT = 7200 kg/m³ a été obtenue (≈ 93%ρ PZT massif). Enfin, avec une micropoutre 1×2×0,1 mm³, une sensibilité Sm ≈ 85 Hz/μm et une LOD de 70 ng ont été trouvées, permettant des applications en détection de particules
Fine particulate matters (PM) have a real impact on the quality of life and health of millions of people in large urban areas, especially in Asia. In order to detect them and quantify their concentration, optical PM sensors are the most widely studied, but remain relatively expensive and bulky. MEMS microcantilever transducers are widely used for gravimetric applications, for PM or gas detection, which requires high mass sensitivities (Sm) and low limits of detection (LOD). A solution is to focus on microcantilevers with high resonance frequencies (f0) and quality factors (Q), low measurement noise and low masses. Silicon microcantilevers are commonly used as gravimetric sensors and are serious candidates to meet the desired characteristics. However, screen printing has the potential for cheaper, faster and large scale manufacturing. Such microcantilevers can be actuated and f0 read-out using the piezoelectric effect. Although promising lead-free inorganic solutions exist, titanium lead zirconate (PZT) ceramics still have the best properties among piezoelectric materials. Screen-printed microcantilevers manufactured in hybrid thick-film technology, with integrated piezoelectric actuation and read-out, released using a polyester sacrificial layer and with co-firing of all the layers are presented here. Different geometries were tested from 1 mm to 2 mm wide and from 1 mm to 8 mm long, for a thickness of about 100 μm. A density ρ PZT = 7200 kg/m³ (≈ 93%ρ PZT bulk) was obtained. With a 1×2×0.1 mm³ microcantilever, a sensitivity Sm ≈ 85 Hz/μm and a LOD of 70 ng were found, compatible with applications in PM mass detection

Aujourd’hui, l’air est pollué par de nombreuses substances chimiques, difficile à identifier. Plusieurs gaz marqueurs sont caractéristiques de la pollution, comme le monoxyde de carbone (CO), l'ozone (O3) et le dioxyde d'azote (NO2). Les capteurs de gaz à base d’oxyde métallique (MOX) sont des bons candidats pour suivre en temps réel la qualité de l’air. Ils sont largement utilisés dans les dispositifs de détection de gaz portables et à faible coût. Très sensibles, stables et avec une grande durée de vie, les capteurs MOX souffrent d'un manque inhérent de sélectivité, qui peut être comblé en y intégrant de l’intelligence artificielle. Ce travail de thèse s’intéresse à la mise en œuvre de méthodes d’identification de gaz basées sur l’analyse de données expérimentales. L’objectif est de discriminer le CO, l’O3, et le NO2, avec un seul capteur, dans des conditions réelles d’utilisation (faible débit, humidité...). Pour cela, nous utilisons un capteur de gaz à base d’oxyde de tungstène (WO3) breveté par l’IM2NP et exploité sous licence mondiale par la société NANOZ. Une base de données expérimentale complète a été créée à partir d’un protocole basé sur la modulation de la température de la couche sensible. À partir de cette base de données nous avons mis en œuvre deux méthodes différentes d’extractions de paramètres : le calcul des attributs temporels et la transformée en ondelettes. Ces deux méthodes ont été évaluées sur leur capacité de discrimination des gaz grâce à l’utilisation de plusieurs familles d’algorithmes de classification tels que les machines à vecteurs de support (SVM), les K plus proches voisins (KNN), les réseaux de neurone
Today the air is polluted by many chemicals, which are in the form of a complex mixture that is difficult to identify. These marker gases include carbon monoxide (CO), ozone (O3) and nitrogen dioxide (NO2). It has therefore become imperative to design detection systems that are inexpensive, but at the same time highly sensitive and selective, in order to monitor air quality in real time. Metal Oxide gas sensors (MOX) can meet these requirements. They are used in portable and low cost gas detection devices. Very sensitive, stable and with a long lifespan, MOX sensors suffer from an inherent lack of selectivity, which can be overcome by integrating artificial intelligence. This thesis is concerned with the implementation of gas identification methods based on the analysis of experimental data. The objective is to discriminate three pollution marker gases: CO, O3, and NO2, with a single sensor, under real conditions of use, i.e. in the permanent presence of a concentration of these gases in the humid ambient air. For this, we use a tungsten oxide (WO3) gas sensor patented by IM2NP laboratory and operated under a worldwide license by the company NANOZ.A complete experimental database was created from a protocol based on temperature modulation of the sensitive layer. From this database, we implemented two different feature extraction methods: the computation of temporal attributes and the wavelet transform. These two methods were evaluated on their gas discrimination capacity thanks to the use of several families of classification algorithms, such as support vector machines (SVM), decision trees, K nearest neighbours, neural networks, etc

L’objectif a été de caractériser les émissions indirectes de composés organiques semi-volatils (PCB, HCB, PeCB, HAP, phtalates et PBDE) au droit de milieux potentiellement contaminés par leurs emplois (zones ferroviaires souterraines, axes de circulation) et de sites de traitement de déchets (station d’épuration, élimination, destruction de véhicules hors d’usage). Des réseaux de mesure comprenant des préleveurs d’air actifs « grand volume », des capteurs passifs et des bio-accumulateurs ont été utilisés pour acquérir des données au voisinage des sources potentielles. Les résultats révèlent une ubiquité de tous les composés recherchés dans l’air, où leurs présences en phase gazeuse est majoritaire. La contamination de l’air au niveau des sites d'étude montre une hiérarchisation commune (phtalates>HAP>HCB>PeCB>PCB>PBDE), où la contamination de l’air en période estivale est plus importante, confirmant l’importance relative des émissions diffuses par volatilisation passive. Les résultats obtenus à partir des capteurs passifs démontrent l’intérêt de cet outil complémentaire pour la réalisation d’études à grande échelle spatio-temporelle. L’interprétation de l’état du milieu (IEM) à partir des analyses d’air, de sols, de retombées atmosphériques et de bio-accumulateurs végétaux, indiquent cependant que la contamination au voisinage de zones industrielles demeure le plus souvent du niveau de celle du milieu urbain dense. Les résultats révèlent que les émissions diffuses de COSV non halogénés (phtalates et HAP) par volatilisation passive, constituent un enjeu environnemental et sanitaire qui pourrait dépasser celui des anciens POP (PCB, PBDE)
The objective was to characterize the indirect emissions of SVOCs (PCB, HCB, PeCB, PAHs, phthalates and PBDE) on potentially contaminated environments by their uses (underground railway zones, traffic roads) and waste treatment sites (wastewater treatment plants, elimination, vehicle destruction sites). Measuring networks including "large volume" active air samplers, passive samplers and environmental bio-accumulators have been used to acquire data in the vicinity of potential sources. The results reveal an ubiquity of all the measured compounds in the air, where their presence in the gas phase prevails. The air contamination of the study sites shows a common ranking (phthalates> PAHs> HCB> PeCB> PCBs> PBDEs), where air contamination in summer is more important, confirming the relative importance of diffuse emissions by passive volatilization The results from passive sensors demonstrate the value of this complementary tool for the realization of large spatio-temporal scale study. The interpretation of environmental state from air, soil, atmospheric deposition and plant bio-accumulators analyzes indicates that the contamination remains mostly equivalent to urban area.. The results reveal that diffuse emissions of non-halogenated SVOCs (phthalates and PAHs) by passive volatilization, represent an environmental and health challenge where that could exceed those of past POPs (PCBs, PBDE, ...)

Ce manuscrit est consacré à l'étude et au développement de microsystèmes capteurs de gaz sélectifs au dioxyde d'azote, destinés au contrôle de la qualité de l'air atmosphérique. La stratégie que nous avons développée consiste à associer une structure sensible à base de matériaux semi-conducteurs partiellement sélectifs aux gaz oxydants et des filtres sélectifs à l'ozone. L'objectif premier est la mise en oeuvre et la caractérisation de matériaux chimiques strictement imperméables à l'ozone (O3) et non-réactifs vis-à-vis du dioxyde d'azote (NO2). Notre choix s'est focalisé sur un matériau moléculaire, l'indigo, connu pour sa réactivité vis-à-vis de O3, et plusieurs nanomatériaux carbonés. Pour ces derniers, la possibilité de conformer leurs textures, leurs morphologies et leurs chimies de surface par traitements thermiques, chimiques et mécaniques, permet d'étendre le panel de matériaux potentiels et d'identifier les facteurs d'influence de leur réactivité avec les espèces gazeuses. La caractérisation de l'ensemble de ces matériaux a nécessité l'utilisation de techniques adaptées et complémentaires (adsorption de N2 à 77 K, spectroscopies Raman, XPS, IR en mode ATR, RPE et NEXAFS). Les filtres chimiques les plus efficaces (hauts rendements de filtration et grande durabilité) ont été sélectionnés d'après des tests de soumission aux gaz selon une méthodologie adaptée. Enfin, l'association de ces meilleurs filtres et de la structure capteur a conduit à l'élaboration de prototypes microsystèmes capteurs de gaz optimisés. De plus, une contribution à la compréhension des mécanismes d'interaction de l'indigo et de certains nanocarbones avec O3 et NO2 a aussi permis d'améliorer le microsystème en développant des méthodologies pertinentes et innovantes mais également en réalisant la synthèse de nouveaux filtres indigo / nanocarbone.

Les champignons sont des biocontaminants courants des environnements intérieurs. De nombreuses études ont démontré leur rôle dans la dégradation des supports que ces microorganismes colonisent tels que les matériaux de construction, les ouvrages ou les œuvres d'art. De plus, ces biocontaminants sont susceptibles d'induire des allergies, des infections, des toxi-infections ou encore des irritations. Depuis 2005, une technique de détection de la croissance fongique, basée sur la recherche de traceurs chimiques spécifiques dans l'air, et un indice de contamination fongique (ICF), ont été développés et validés au cours de différentes campagnes de mesures dans l'habitat, les bureaux, les écoles, les crèches... L'objectivation d'une croissance fongique dans un environnement s'appuie sur des prélèvements par adsorption, une analyse chromatographique au laboratoire (GC/MS) et le calcul de l'ICF. Dans le cadre de la surveillance de la qualité microbiologique de l'air des environnements intérieurs, cette thèse a pour ambition de prolonger ces travaux en développant notamment un système de microcapteurs chimiques adapté à la mesure in situ. Cette recherche repose à la fois sur la méthode de détection fongique développée au CSTB et sur l'expertise scientifique et technique de l'ESIEE en matière de miniaturisation d'instruments de mesure, grâce à l'apport des microtechnologies. Le premier axe de cette étude a consisté à identifier expérimentalement les COV du métabolisme fongique spécifiques d'un développement sur des matériaux du patrimoine. Ces molécules ont permis de consolider l'ICF et de définir deux indices spécifiques à la problématique des sites patrimoniaux, validés dans des châteaux, musées, bibliothèques, grottes ornées... Le second axe porte, d'une part, sur la conception la réalisation et la caractérisation des briques élémentaires du microsystème d'analyse, à savoir un module de préconcentration (adsorption TENAX), un module de séparation (microGC) et un module de détection (capteurs polymères) et d'autre part sur les intégrations et pilotage de ces briques

L’objectif a été de caractériser les émissions indirectes de composés organiques semi-volatils (PCB, HCB, PeCB, HAP, phtalates et PBDE) au droit de milieux potentiellement contaminés par leurs emplois (zones ferroviaires souterraines, axes de circulation) et de sites de traitement de déchets (station d’épuration, élimination, destruction de véhicules hors d’usage). Des réseaux de mesure comprenant des préleveurs d’air actifs « grand volume », des capteurs passifs et des bio-accumulateurs ont été utilisés pour acquérir des données au voisinage des sources potentielles. Les résultats révèlent une ubiquité de tous les composés recherchés dans l’air, où leurs présences en phase gazeuse est majoritaire. La contamination de l’air au niveau des sites d'étude montre une hiérarchisation commune (phtalates>HAP>HCB>PeCB>PCB>PBDE), où la contamination de l’air en période estivale est plus importante, confirmant l’importance relative des émissions diffuses par volatilisation passive. Les résultats obtenus à partir des capteurs passifs démontrent l’intérêt de cet outil complémentaire pour la réalisation d’études à grande échelle spatio-temporelle. L’interprétation de l’état du milieu (IEM) à partir des analyses d’air, de sols, de retombées atmosphériques et de bio-accumulateurs végétaux, indiquent cependant que la contamination au voisinage de zones industrielles demeure le plus souvent du niveau de celle du milieu urbain dense. Les résultats révèlent que les émissions diffuses de COSV non halogénés (phtalates et HAP) par volatilisation passive, constituent un enjeu environnemental et sanitaire qui pourrait dépasser celui des anciens POP (PCB, PBDE)
The objective was to characterize the indirect emissions of SVOCs (PCB, HCB, PeCB, PAHs, phthalates and PBDE) on potentially contaminated environments by their uses (underground railway zones, traffic roads) and waste treatment sites (wastewater treatment plants, elimination, vehicle destruction sites). Measuring networks including "large volume" active air samplers, passive samplers and environmental bio-accumulators have been used to acquire data in the vicinity of potential sources. The results reveal an ubiquity of all the measured compounds in the air, where their presence in the gas phase prevails. The air contamination of the study sites shows a common ranking (phthalates> PAHs> HCB> PeCB> PCBs> PBDEs), where air contamination in summer is more important, confirming the relative importance of diffuse emissions by passive volatilization The results from passive sensors demonstrate the value of this complementary tool for the realization of large spatio-temporal scale study. The interpretation of environmental state from air, soil, atmospheric deposition and plant bio-accumulators analyzes indicates that the contamination remains mostly equivalent to urban area.. The results reveal that diffuse emissions of non-halogenated SVOCs (phthalates and PAHs) by passive volatilization, represent an environmental and health challenge where that could exceed those of past POPs (PCBs, PBDE, ...)