Дисертації з теми "Détection de trace de gaz"
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James, Frank. "Développement d’un système de préconcentration miniaturisé pour la détection de gaz à l’état de trace/Application à la détection de COV et d’explosifs." Thesis, Saint-Etienne, EMSE, 2015. http://www.theses.fr/2015EMSE0778/document.
Анотація:
Afin de pallier aux problèmes dus aux limites de détection des capteurs et des détecteurs usuels, un système de préconcentration est indispensable. Ce microcomposant permet d’accumuler le ou les vapeur(s) à détecter à l’aide d’un adsorbant et permet de les libérer sous l’effet d’une montée brutale de la température vers un détecteur. Une amplification de la concentration et donc du signal est ainsi obtenue.Cette thèse poursuit le développement d’un préconcentrateur pour la détection de vapeurs toxiques et d’explosifs. Ce préconcentrateur sera constitué d’un microcomposant en silicium rempli d’un adsorbant et muni d’une résistance de chauffage sur sa face inférieure. Des capillaires métalliques permettent d’assurer la circulation du gaz dans le dispositif. Différents types de préconcentrateurs ont été développés avec différents adsorbants afin satisfaire les conditions pour des applications concernant les composés organiques volatils (COV) et les explosifs. L’optimisation des phases d’adsorption et de désorption est cruciale pour le procédé.Le couplage entre un micro-chromatographe et un préconcentrateur a été réalisé et a montré l’apport de ce microcomposant pour la chromatographie. L’analyse d’un mélange de COV a pu être réalisée avec des concentrations initiales de l’ordre de 40 ppb alors que la limite de détection de l’appareillage était de quelques ppm. Un facteur d’enrichissement de 800 a été atteint.L’avantage de l’utilisation du silicium poreux a également été mis en évidence pour l’adsorption de gaz avec des faibles pressions de vapeur saturante. Cette propriété est intéressante pour la préconcentration de vapeur d’explosifsIn order to overcome problems due to the conventional sensors detection limits, a preconcentration system is required. Accumulation of vapor(s) for detection is possible with an adsorbent and allows releasing them toward a detector, under the effect of a sudden rise of the temperature. Amplification of the concentration and the signal are obtained.This thesis continues the development of a preconcentrator for the detection of toxic gas and explosives. This preconcentrator is made of a silicon microcomponent filled with an adsorbent and a heater at its back. Two metal capillary allow ensuring the gas flow into the device. Various designs of preconcentrators were developed with different adsorbents to satisfy the requirements for volatile organic compounds (VOCs) and explosives applications.The optimization of adsorption and desorption phases is very important for the process.The coupling between a micro-chromatograph and a preconcentrator was conducted and showed the contribution of the microcomponent to the chromatography. Analysis of a VOCs mixture was achieved with initial concentrations in the order of 40 ppb, whereas the detection limit was of a few ppm. An enrichment factor of 800 was achieved.The advantage of using porous silicon was also demonstrated for the gas adsorption with low saturation vapor pressure. This result is interesting for explosive vapor préconcentration
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Camara, El Hadji Malick. "Développement d'un micro-préconcentrateur pour la détection de substances chimiques à l'état de trace en phase gaz." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00448980.
Анотація:
Dans certains cas, la concentration du gaz à détecter est si faible qu'elle est en dessous de la limite de détection des capteurs usuels et donc la présence d'une unité de préconcentration en amont du capteur devient indispensable. Le principe de cette technique repose l'accumulation du gaz à détecter au moyen d'un adsorbant qui , ensuite sous l'effet d'une hausse brusque de la température, est désorbé puis redirigé vers un détecteur, entraînant ainsi une amplification de la concentration du gaz vu par ce détecteur. Cette thèse présente le développement d'un préconcentrateur pour la détection de substances chimiques à l'état de trace gaz. Ce micro-préconcentrateur sera constitué d'un microcomposant en silicium rempli d'un adsorbant et muni d'une résistance chauffante à son dos et de capillaires métalliques servant de connectiques fluidique à l'entrée et à la sortie du dispositif. La particularité de ce dispositif repose sur son applicabilité aussi bien dans le domaine de la surveillance de la pollution atmosphérique (Benzène, Toluène, Xylène...) que la détection d'explosifs (composés nitroaromatiques). Différents modèles de micro-dispositifs ont été étudiés et une attention particulière a été consacrée au carbone adsorbant. L'optimisation et le fonctionnement de ce système de préconcentration ont été étudiés suivant son application future. En plus, les avantages de l'utilisation de silicium poreux pour faciliter la fixation de l'adsorbant dans le réacteur et modifier la cinétique de désorption de gaz ont été également étudiés.
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Camara, El Hadji Malick. "Développement d'un micro-preconcentrateur pour la détection de substances chimiques à l'état de trace en phase gaz." Saint-Etienne, EMSE, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00448980.
Анотація:
Dans certains cas, la concentration du gaz à détecter est si faible qu’elle est en dessous de la limite de détection des capteurs usuels et donc la présence d’une unité de préconcentration en amont du capteur devient indispensable. Le principe de cette technique repose l’accumulation du gaz à détecter au moyen d’un adsorbant qui , ensuite sous l’effet d’une hausse brusque de la température, est désorbé puis redirigé vers un détecteur, entraînant ainsi une amplification de la concentration du gaz vu par ce détecteur. Cette thèse présente le développement d'un préconcentrateur pour la détection de substances chimiques à l’état de trace gaz. Ce micro-préconcentrateur sera constitué d’un microcomposant en silicium rempli d’un adsorbant et muni d’une résistance chauffante à son dos et de capillaires métalliques servant de connectiques fluidique à l’entrée et à la sortie du dispositif. La particularité de ce dispositif repose sur son applicabilité aussi bien dans le domaine de la surveillance de la pollution atmosphérique (Benzène, Toluène, Xylène…) que la détection d’explosifs (composés nitroaromatiques). Différents modèles de micro-dispositifs ont été étudiés et une attention particulière a été consacrée au carbone adsorbant. L'optimisation et le fonctionnement de ce système de préconcentration ont été étudiés suivant son application future. En plus, les avantages de l'utilisation de silicium poreux pour faciliter la fixation de l’adsorbant dans le réacteur et modifier la cinétique de désorption de gaz ont été également étudiésIn the field of gas detection, one major trend is to miniaturize analytical techniques. In such technological developments, the gas pre-conditioning is usually very important. This may involve, firstly, the modification of a gas mixture, for example to improve the selectivity of a detection device, secondly, the effect of preconcentration in order to increase the sensibility of the detector. Indeed, in some applicative environments the concentration of gas is too small and therefore a preconcentration unit at the entrance of the analytical device is needed. When a preconcenrator is used, the gas mixture to be analyzed flows through it and is accumulated during some time, then the mixture is desorbed by a temperature pulse and brought to the detector. This work presents the development of a gas preconcentrator based on a micro-channel in porous and non-porous silicon filled with an adequate adsorbent material by micro-fluidic process in open micro-device or by impregnation in close one. The particularity of this device is its applicability in the fields of atmospheric pollution monitoring (Volatiles Organic Compounds-VOCs) and explosives detection (nitroaromatic compounds). Various designs of micro-devices have been investigated and a special focus has been dedicated to the carbon adsorbent. The optimization of the device and its operation were driven by its future application in outdoor environments. The benefits of using porous silicon to ease the fixing of the carbon absorbent in the reactor and to modify the gas desorption kinetic are also investigated
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Rouxel, Justin. "Conception et réalisation de cellules photoacoustiques miniaturisées pour la détection de traces de gaz." Thesis, Reims, 2015. http://www.theses.fr/2015REIMS030/document.
Анотація:
Les cellules photoacoustiques sont des capteurs optiques qui utilisent l'absorption des photons par des molécules de gaz pour générer une onde de pression proportionnelle à leur concentration. Le signal photoacoustique est également inversement proportionnel au volume de la cellule. La miniaturisation de la cuve permet donc l’amélioration des performances du capteur. Le travail de cette thèse consiste en la conception, la réalisation et la caractérisation de cellules photoacoustiques résonantes différentielles d’Helmholtz (DHR) miniaturisées. Dans un premier temps, des simulations par la méthode des éléments finis de cellules à l'échelle millimétrique ont permis de montrer que la miniaturisation de ce type de résonateur est une voie prometteuse. Aussi, la réalisation ambitieuse d’une cellule DHR sur silicium a été engagée en utilisant les techniques de la microélectronique. Cependant, cette voie de miniaturisation extrême s'est heurtée à des difficultés de réalisation, qui n'ont pas permis d'obtenir des dispositifs fonctionnels. Une alternative de miniaturisation, à l'échelle centimétrique, utilisant des microphones MEMS du commerce, a donc été engagée. Trois cellules fabriquées par différentes méthodes ont été réalisées et testées pour la détection de méthane. La dernière génération a permis la détection d'environ 100 ppb de méthane avec un laser à cascade interbande commercial à 3,357 µm de longueur d’onde. Pour préparer la prochaine génération de cellules, l'optimisation de la géométrie a été effectuée par simulation. Cette optimisation permet d'envisager une augmentation de 43 % du signal par rapport à la cellule la plus performantePhotoacoustic cells are optical sensors based on the absorption of photons by gas molecules. The pressure wave created by gas relaxation is proportional to the trace gas concentration. Furthermore the photoacoustic signal is inversely proportional to the cell volume. Thus cell miniaturization enables performances improvements. This work consists in designing, realizing and characterizing miniaturized photoacoustic cells, based on the differential Helmholtz resonator (DHR) principle. In a first phase, modeling by the finite element method of millimeter scale cells has shown that the miniaturization of this type of resonator should effectively improve the detection limit. Thus, the ambitious realization of a DHR cell on silicon by the use of microelectronic techniques has been attempted. However, this extreme miniaturization direction encountered design and fabrication difficulties which made the produced devices unusable. To overcome these difficulties, a miniaturization alternative, at the centimeter scale, using commercial MEMS microphones, has been carried out. Three cells have been built by different methods and have been tested for methane detection. The last cell generation can detect around 100 ppb of methane with a commercial interband cascade laser at 3.357 µm of wavelength. Finally, to anticipate the next cell generation fabrication, a geometry optimization has been performed by simulation. This optimization shows that a 43 % signal improvement, compared to the most performant cell already built
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Gascon, Hélène. "Détection de traces de gaz par spectroscopie à diode laser : application au sulfure d'hydrogène." Paris 6, 2001. http://www.theses.fr/2001PA066513.
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Bounaix, Fabrice. "Etude et réalisation d'un spectromètre haute sensibilité à diode laser pour la mesure de traces de gaz : application à la détection de la vapeur d'eau." Grenoble 1, 1993. http://www.theses.fr/1993GRE10018.
Анотація:
Le suivi des processus industriels, le controle des teneurs en gaz a caractere polluant dans l'atmosphere et l'etude des reactions chimiques requierent des instruments capables de detecter de tres faibles teneurs. La spectrometrie d'absorption infrarouge a diode laser apporte une solution a ce probleme en permettant des sensibilites importantes et des temps de reponse de l'ordre de la minute. Ce memoire presente l'etude et la realisation d'un tel spectrometre pour la detection de faibles teneurs en vapeur d'eau. Celui-ci se caracterise par une source laser a semiconducteur du type ingaasp ayant une longueur d'onde d'emission egale a 1,37 micrometre, par l'utilisation d'une cellule multipassage du type herriot ayant une longueur totale de passage d'une vingtaine de metres, enfin par un faible encombrement. Le signal d'absorption est obtenu par un balayage rapide en longueur d'onde, realise en modulant le courant de diode. Une double voie, mesure et reference, permet de s'affranchir de la vapeur d'eau residuelle dans la tete de detection. Le faible signal d'absorption est converti apres amplification en un signal numerique puis moyenne sur plusieurs passages dans le but d'ameliorer le rapport signal sur bruit. Le mode principal de la diode est centre sur la bande d'absorption situee a 1,4 micrometre correspondant a une transition vibrationnelle harmonique. Avec un tel dispositif nous avons montre qu'il etait possible de detecter des concentrations de vapeur d'eau de l'ordre de 100 ppb, avec un signal sur bruit de 10. La sensibilite est essentiellement limitee par des interferences parasites et par l'utilisation d'une diode multimodes. L'emploi d'une source laser monomode (diode dfr ou diode a cavite externe) devrait permettre la mesure de teneur en h#2o inferieures a 10 ppb. Cette technique peut etre etendue a la detection de petites molecules possedant des liaisons x-h (x=c, n, o. . . )
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Elmaleh, Coralie. "Développement d’un prototype ultrasensible d’analyse de gaz dans le domaine submillimétrique." Electronic Thesis or Diss., Littoral, 2024. http://www.theses.fr/2024DUNK0698.
Анотація:
Cette thèse explore le développement technologique d'une expérience spectroscopique dans le domaine submillimétrique, aussi connu sous le nom de Terahertz (THz). Cette bande spectrale se distingue par sa capacité à résoudre finement des doublets moléculaires, permettant une identification précise et claire de mélanges gazeux complexes, même lorsque d'autres longueurs d'onde pourraient échouer.Bien que la région THz offre un pouvoir de résolution exceptionnel, les spectromètres qui y opèrent sont souvent confrontés à des défis de sensibilité en raison du développement de la technologie dans cette bande. Grâce à une approche innovante, nous avons mis en œuvre la première expérience de Cavity ring-down Spectroscopy (CRDS) capable de quantifier des composés avec une précision allant jusqu’au ppb. L'étude est concentrée entre 550 GHz et 650 GHz, une fenêtre du spectre THz qui non seulement offre une résolution et une sensibilité moléculaire inégalées, mais possède aussi la capacité de pénétrer des matériaux non conducteurs tout en étant non ionisante. Ces propriétés positionnent cette technologie à la pointe des outils d'analyse, promettant une pléthore d'applications, allant de la recherche fondamentale à des applications industriellesThis thesis explores the technological development of a spectroscopic experiment in the submillimeter range, also known as Terahertz (THz). This spectral band stands out for its ability to precisely resolve molecular doublets, enabling clear and precise identification of complex gas mixtures, even when other wavelengths might fail.Although the THz region offers exceptional resolving power, spectrometers operating in this region often face sensitivity challenges due to the development of technology in this band. Thanks to an innovative approach, we have implemented the first Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS) experiment capable of quantifying compounds to ppb precision. The study is concentrated between 550 GHz and 650 GHz, a window of the THz spectrum that not only offers unrivalled resolution and molecular sensitivity, but also possesses the ability to penetrate non-conducting materials while being non-ionizing. These properties position this technology at the cutting edge of analysis tools, promising a plethora of applications, from fundamental research to industrial applications
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Mohsen, Yehya. "Conception et caractérisation d’une plate-forme microfluidique pour la détection sélective de traces d’un produit de dégradation du TNT dans l’atmosphère." Thesis, Besançon, 2013. http://www.theses.fr/2013BESA2004/document.
Анотація:
L’objectif de cette étude est de concevoir et caractériser une plate-forme micro-fluidique permettant la concentration et la séparation d’un produit de dégradation du trinitrotoluène :l’ortho-nitrotoluène (ONT) considéré comme un traceur de composés explosifs. Les capteurs àbase de dioxyde d’étain (SnO2) utilisés ici comme détecteurs présentent un réel manque desélectivité et leur sensibilité peut s’avérer insuffisante pour la détection de traces de polluantsdans l’atmosphère. L’approche originale envisagée dans cette étude consiste à travailler en amontdu capteur chimique (SnO2), en particulier, en développant d’une part un micro-préconcentrateurde gaz afin d’améliorer l’aspect sensibilité et d’autre part une micro-colonne chromatographiquepour s’affranchir du manque de sélectivité.Dans un premier temps, une série d’adsorbants ont été étudiés et caractérisés pour laconcentration de l’ONT. Les résultats obtenus ont permis de sélectionner trois types de charbonsactifs (N, KL2 et KL3) et une zéolithe hydrophobe DAY.Ensuite, les micro-systèmes fluidiques ont été réalisés sur un substrat de silicium et élaborés enutilisant la technologie silicium/verre.La dernière partie de ce travail est consacrée à l’évaluation des performances d’analyse de cetteplate-forme en termes de concentration et de séparation de l’ONT. En particulier, après avoirévalué les conditions optimales de concentration et d’élution de l’ortho-nitrotoluène, le couplageentre la plate-forme micro-fluidique et le capteur à base de dioxyde d’étain a permis d’une part demontrer que la limite de détection de l’ortho-nitrotoluène est inférieure à 365 ppb. Dans ce cas,une désorption totale de la molécule cible et un facteur de concentration constant ont été obtenusavec la zéolithe DAY. D’autre part, l’utilisation de ce type de plate-forme a permis d’obtenir unebonne performance de détection et de séparation de l’ONT en présence d’un interférent (toluène)et d’un taux d’hygrométrie élevéThe objective of this study is to develop and characterize a micro-fluidic platform allowing theconcentration and the separation of a degradation compound of trinitrotoluene: the orthonitrotoluenerecognized as an explosive taggants. Tin dioxide gas sensors (SnO2) used here asdetectors suffer from a luck of selectivity and have an insufficient sensitivity toward most ofpollutants. For that, our original approach consists to work in front of a chemical gas sensor(SnO2), in particular, by developing on the one hand a gas micro-preconcentrator to improve thesensitivity and on the other hand, a chromatographic micro-column in order to overcome the luckof selectivity.First, various adsorbents have been studied and characterized for the ONT concentration. Theobtained results allowed to select three types of activated carbons (N, KL2 and KL3) and ahydrophobic zeolite DAY. Then, the micro-system devices have been realized on a siliconsubstrate and manufactured using the silicon/glass technology.The last part of this work is devoted to the evaluation of the platform performances in terms ofconcentration and separation of ONT. In particular, after the optimization of the experimentalconditions concerning the concentration and the elution of ortho-nitrotoluene, the couplingbetween the micro-fluidic platform and a tin dioxide gas sensor allowed on the one hand to showthat the detection limit of the ONT pollutant is lower than 365 ppb. In this case, a total desorptionof the analyte and a constant concentration factor were obtained with the zeolite DAY. On theother hand, the use of this type of platform allowed to obtain a good separation and detectionperformance of ONT in presence of interferent (toluene) and at high humidity rate
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Richard, Lucile. "Développements de spectromètres ultrasensibles pour l'analyse de gaz par « optical feedback cavity enhanced absorption spectrocopy » dans le moyen infrarouge avec des lasers à cascades inter-bandes." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY004/document.
Анотація:
Ce travail de thèse a permis le développement et la caractérisation d'instruments basés sur la technique "OF-CEAS" dans le moyen infrarouge pour la détection de traces dans différents mélanges en phase gazeuse. Le Laser à Cascades Inter-bandes (ICL) est la dernière innovation des lasers à semi-conducteurs dans cette zone spectrale. La compatibilité des ICL avec l'OF-CEAS ouvre la voie vers de nouvelles applications pour la réalisation d'instruments compacts et robustes avec un temps de réponse rapide tout en présentant une très bonne limite de détection.Une démonstration de la bonne sensibilité et stabilité des instruments OF-CEAS aété réalisé avec la mesure de continua d'absorption (de la vapeur d'eau et de l'azote). Mais également avec la détection d'une raie quadrupolaire de l'azote de très faible intensité (3x10-29 cm-1/(moléc cm-2). L'objectif principale de ces travaux consistait au développement d'un instrument dédié à la détection de monoxyde d'azote pour l'analyse du gaz exhalé. L'analyseur ainsi réalisé présente une sensibilité de 6x10-10 cm-1 en une acquisition de 180 ms. Sa limite de détection sur le NO est à l'état de l'art, avec à court terme (180 ms) un minimum de 50 ppt est atteint. Celui-ci parvient à un niveau sub-ppt (0.9 ppt) en 12 min d'intégrationThis work of these has made it possible to develop and characterize the use of instruments on the "OF-CEAS" technique in the mid-infrared for traces' detection in different mixtures in the gas phase. Inter-band Cascade Laser (ICL) is the latest innovation in semiconductor lasers in this spectral region. Compatibility of ICL with OF-CEAS offers new applications for compact and robust instruments with fast response time and a low detection limit. A demonstration of the good sensitivity and stability of the OF-CEAS instruments was performed with continua absorption measurements (water vapor and nitrogen). But also with the detection of a very low intensity quadrupole line of nitrogen (3x10-29 cm-1/(moléc cm-2). The main objective of this work was to develop an instrument dedicated to nitrogen oxide detection for the analysis of exhaled breath. The analyzer is presented at the sensitivity of 6x10-10 cm-1 in an acquisition of 180 ms. Its limit of detection on NO is at the state of the art, with short term (180 ms) limit of 50 ppt. It reaches the sub-ppt level (0.9 ppt) with 12 min of integration
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Kinjalk, Kumar. "Long Wavelength QCLs for BTEX and Propane detection through QEPAS." Electronic Thesis or Diss., Université de Montpellier (2022-....), 2023. http://www.theses.fr/2023UMONS079.
Анотація:
La détection sensible et sélective des BTEX et du propane présente un grand intérêt pour les applications environnementales, biomédicales et pétrochimiques. Cependant, la détection de ces composés est compliquée à cause des interférences potentielles, soit entre eux, soit avec d'autres composés. Ce problème peut être résolu par la spectroscopie laser à de grandes longueurs d'onde (13-15 µm), où ils présentent des caractéristiques d'absorption très discriminantes. Pourtant, cette gamme spectrale est pratiquement inexplorée en raison du manque de sources appropriées. Cette thèse vise à combler cette lacune en développant des LCQ émettant à des grandes longueurs d'onde élevées et en exploitant le QEPAS pour une détection ultra-sensible et sélective.Un nouveau design est proposé pour améliorer les performances des LCQ à base d'InAs de grande longueurs d'onde. Cette conception nous a permis de démontrer une densité de courant de seuil record de 0,6 kA/cm2 à 300 K. En outre, une nouvelle technique d'isolation utilisant le SOG est également proposée pour améliorer les problèmes de stabilité du dispositif provoqués par l'altération des propriétés de l'isolation de la résine photosensible (généralement utilisée pour les QCL à base d'InAs) à des températures élevées. Par la suite, des QCL DFB monomodes avec un SMSR > 20 dB et une puissance de sortie optique de l'ordre du mW ont été développé, ciblant les lignes d'absorption de ces gaz. En utilisant ces lasers, un système de détection basé sur le QEPAS a été développé, calibré et caractérisé pour la détection du toluène, du benzène et du propane. Des limites de détection exceptionnellement basses de 113 ppb, 3 ppb et 3 ppm sont atteintes dans une matrice d'azote pur sur un temps d'intégration de 10 secondes. Le système conserve sa sélectivité et sa robustesse, même dans des mélanges de gaz complexes. Enfin, une QCL de 13,71 µm est couplée avec succès à un HCW, où les conditions optimales de couplage, la qualité du faisceau et la perte sont explorées. L'étude confirme la transmission efficace d'une telle longueur d'onde à travers le HCW avec une perte minimale et une qualité de faisceau spatial amélioréeSensitive and selective sensing of BTEX and Propane is of great interest for environmental, biomedical, and petrochemical applications. However, detecting these compounds poses unique challenges due to potential interferences, either among themselves or from other compounds. This issue can be resolved by using laser spectroscopy in the long-wavelength mid-infrared spectral region (13-15 µm), where they exhibit highly discriminating absorption features. Yet, this wavelength range is almost unexplored due to the lack of suitable sources. This thesis aims to bridge this gap by developing high-performing long-wavelength QCLs and leveraging QEPAS for ultra-sensitive and selective detection.A novel design is proposed to improve the performance of long-wavelength InAs-based QCLs, which allowed us to demonstrate a record-breaking low threshold current density of 0.6 kA/cm2 at 300 K. Additionally, a novel insulation technique using SOG is also proposed to improve device stability issues provoked by the alteration of properties of photoresist insulation (typically used for InAs-based QCLs) at elevated temperatures. Subsequently, single-frequency DFB QCLs with SMSR > 20 dB and optical output power in the mW range operating in the continuous wave regime are developed, targeting the absorption lines of these gasses. Using these DFBs, a sensing system based on QEPAS is developed, calibrated, and characterized for Toluene, Benzene, and Propane detection. Exceptionally low detection limits of 113 ppb, 3 ppb, and 3 ppm are achieved in a pure nitrogen matrix over a 10-second integration time. The system maintains selectivity and robustness, even in complex gas mixtures. Finally, a 13.71 µm QCL is successfully coupled with a HCW, where optimal coupling conditions, beam quality, and loss are explored. The study confirms the efficient transmission of such wavelength through HCW with minimal loss and improved spatial beam quality
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Bailly, Guillaume. "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." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCK029/document.
Анотація:
L’objectif principal de cette thèse est de proposer une analyse des spécificités de la transduction microonde dans le cadre d’une application capteur d’ammoniac. Les deux spécificités principales sont la caractérisation large bande (1 et 8 GHz) et les matériaux sensibles (diélectriques). Cette méthode de transduction repose sur l’interaction entre un gaz polluant et un matériau sensible déposé à la surface d’une structure propagative spécifique aux microondes. La réponse du capteur n’est pas directement induite par les propriétés diélectriques de la molécule gazeuse, mais plutôt par celles de l’espèce cible adsorbée à la surface du matériau sensible. Cette adsorption provoque une modification des paramètres du capteur mesurés par un analyseur de réseau vectoriel. Contrairement à des transductions conventionnelles comme la conductimétrie, ce principe fonctionne à température ambiante avec tout type de matériau, y compris les isolants électriques.Les premiers travaux réalisés durant cette thèse ont conduit au développement d’un nouveau banc expérimental. Il est spécifiquement adapté à l’étude de capteurs microondes par mesures des coefficients de réflexion et de transmission. Ce développement comprend la conception de deux nouvelles générations de capteurs, recouverts d’oxydes métalliques (fer ou titane) commerciaux ou synthétisés dans le cadre de l’étude. Le premier capteur comporte des circuits interdigités tandis que le second est un résonateur trapézoïdal. Ce dernier est caractérisé par une série de fréquences d’intérêt distribuées régulièrement entre 1 et 8 GHz. L’association d’un spectromètre de masse au banc de mesure a permis de suivre les adsorptions/désorptions de l’espèce cible qui est l’ammoniac (10-100 ppm), mais également le comportement du gaz vecteur utilisé, l’argon, et de l’eau adsorbée initialement sur le matériau sensible ou volontairement ajoutée en cours de l’expérience. L’objectif est d’étudier le rôle de l’eau comme interférent vis-à-vis de la détection de l’ammoniac. Une troisième molécule d’intérêt, l’éthanol, a été également été utilisée durant les expériences afin d’estimer de potentielles différences de comportement entre les molécules détectées. Les résultats expérimentaux ont été exploités au moyen de protocoles de traitement de données spécifiquement établis durant cette thèse. Des traitements temporels ont été conduits afin d’étudier le comportement cinétique du capteur, tandis que des traitements spectraux ont permis d’appréhender l’aspect large bande de la réponse du capteur en présence de polluants.Le premier résultat majeur est l’augmentation significative de la sensibilité à l’ammoniac, qui a permis d’abaisser le seuil de détection à des concentrations d’ammoniac de l’ordre de 10 ppm. Le dioxyde de titane a été identifié comme un bon candidat pour la détection d’ammoniac, avec des variations de coefficient de réflexion allant jusqu’à 6 dB pour 300 ppm d’ammoniac. Le rôle de l’eau initialement adsorbée sur le matériau sensible a été élucidé, montrant que son influence n’est significative que lors des premières minutes des expérimentations. Ainsi, il est possible de détecter l’ammoniac en présence d’humidité. Les processus liés aux expositions aux flux gazeux et particulièrement au gaz vecteur ont été identifiés et ont confirmé que la réponse du capteur était uniquement due à son interaction avec les molécules cibles. Un autre résultat majeur est la définition des conditions opératoires nécessaires à l’établissement de la sélectivité. Notre analyse théorique a clairement démontré l’intérêt des mesures large bande en termes de discrimination de molécules cibles. Cette analyse a été testée dans le cadre d’expériences multicibles utilisant l’ammoniac, l’eau et l’éthanol. Ces observations ont permis d’établir un cahier des charges d’une nouvelle génération de capteurs microondes, garantissant une discrimination systématique entre ces trois moléculesThe main objective of this thesis is to propose an analysis of the microwave transduction specificities in the framework of ammonia sensing applications. The two main features of this transduction are its broadband characterization (1 to 8 GHz) as well as its sensitive materials (dielectrics). This transduction method is based on the interaction between a polluting gas and a sensitive material deposited on the surface of a microwave-specific propagating structure. The response of the sensor is not directly induced by the dielectric properties of the gaseous target molecule, but rather by those of the target species adsorbed on the surface of the sensitive material. This adsorption causes a modification of the sensor parameters measured by a vector network analyzer. Unlike more conventional transducers such as conductimetry, this principle works at room temperature with any type of material, including electrical insulators.The first work carried out during this thesis led to the development of a new experimental bench adapted specifically for the study of microwave gas sensors by measuring the S-parameters in reflection and transmission modes. This development includes the design of two new generations of sensors, coated with metal oxides (iron or titanium oxides) commercially available or synthesized during the study. The first sensor comprises interdigital circuits while the second sensor is a trapezoidal resonator. The latter is characterized by a series of frequencies of interest regularly distributed between 1 and 8 GHz. The association of a mass spectrometer with the measurement bench allowed to follow the adsorption and desorption behavior of the target species which is ammonia (10-100 ppm), but also the behavior of the vector gas conventionally used, argon, and water initially adsorbed on the sensitive material or intentionally added during the experiment. The objective is to study the role of water as interfering with the detection of ammonia, the main target species. A third molecule of interest, ethanol, was also used during the experiments in order to estimate the possible differences in the detected molecules behaviors. The experimental results were exploited using specific data processing protocols established during this thesis. Temporal treatments were carried out to study the kinetic behavior of the sensor, while spectral treatments allowed to apprehend the broadband aspect of the sensor response in the presence of pollutants.The first major result is the significant increase in sensitivity to ammonia, which significantly lowered the detection threshold to ammonia concentrations in the 10 ppm range. Titanium dioxide has been identified as a good candidate for ammonia detection, with reflection coefficient variations up to 6 dB for 300 ppm. The role of the water initially adsorbed on the sensitive material has been elucidated, showing that its influence is significant only during the first few minutes of the experiments. Thus, it is possible to detect ammonia in the presence of residual moisture. The processes induced by the gaseous exposures and particularly by the carrier gas were identified, and confirmed that the sensor response was solely due to its interaction with the target molecules. Another major result is the definition of the operating conditions that are necessary for the establishment of the selectivity. Our theoretical analysis clearly demonstrated the interest of broadband measurements in terms of discrimination of target molecules. This analysis has been tested in multitarget experiments using ammonia, water and ethanol. These observations allowed to establish the specifications of a new generation of microwave sensors, guaranteeing systematic discrimination between these three molecules
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Mohsen, Yehya. "Conception et caractérisation d'une plate-forme microfluidique pour la détection sélective de traces d'un produit de dégradation du TNT dans l'atmosphère." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00943211.
Анотація:
L'objectif de cette étude est de concevoir et caractériser une plate-forme micro-fluidique permettant la concentration et la séparation d'un produit de dégradation du trinitrotoluène :l'ortho-nitrotoluène (ONT) considéré comme un traceur de composés explosifs. Les capteurs àbase de dioxyde d'étain (SnO2) utilisés ici comme détecteurs présentent un réel manque desélectivité et leur sensibilité peut s'avérer insuffisante pour la détection de traces de polluantsdans l'atmosphère. L'approche originale envisagée dans cette étude consiste à travailler en amontdu capteur chimique (SnO2), en particulier, en développant d'une part un micro-préconcentrateurde gaz afin d'améliorer l'aspect sensibilité et d'autre part une micro-colonne chromatographiquepour s'affranchir du manque de sélectivité.Dans un premier temps, une série d'adsorbants ont été étudiés et caractérisés pour laconcentration de l'ONT. Les résultats obtenus ont permis de sélectionner trois types de charbonsactifs (N, KL2 et KL3) et une zéolithe hydrophobe DAY.Ensuite, les micro-systèmes fluidiques ont été réalisés sur un substrat de silicium et élaborés enutilisant la technologie silicium/verre.La dernière partie de ce travail est consacrée à l'évaluation des performances d'analyse de cetteplate-forme en termes de concentration et de séparation de l'ONT. En particulier, après avoirévalué les conditions optimales de concentration et d'élution de l'ortho-nitrotoluène, le couplageentre la plate-forme micro-fluidique et le capteur à base de dioxyde d'étain a permis d'une part demontrer que la limite de détection de l'ortho-nitrotoluène est inférieure à 365 ppb. Dans ce cas,une désorption totale de la molécule cible et un facteur de concentration constant ont été obtenusavec la zéolithe DAY. D'autre part, l'utilisation de ce type de plate-forme a permis d'obtenir unebonne performance de détection et de séparation de l'ONT en présence d'un interférent (toluène)et d'un taux d'hygrométrie élevé.
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Marais, Arthur. "Détection de traces d’éléments lanthanides par fluorescence en temps résolu : application industrielle au marquage anti contrefaçon et à l'analyse chimique." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSE1012/document.
Анотація:
La fluorescence en temps résolu est une méthode d'analyse spectrophotométrique avancée permettant la sélection des photons émis par luminescence sur un critère temporel. Il est ainsi possible, et cela même dans des milieux complexes et pollués issu de l'industrie, de faire émerger sélectivement le signal d'espèces luminescentes présentant des durées de vie de luminescence relativement grandes.Ce type d'analyse spectrale est particulièrement adapté à la détection de trace d'éléments lanthanides. Chacun des éléments de la série présente en effet des propriétés luminescentes uniques bien que largement fonction de la nature des ligands qui les entourent. Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit utilisent avantageusement la constatation précédente. Deux technologies ont étés mise sur pied et/ou optimisées pour permettre un transfert vers des domaines industriels aux cahiers des charges bien définis.Ainsi dans le domaine de la lutte anti-contrefaçon l'ajout de marqueurs luminescents à temps résolu à base de lanthanide rend possible la surveillance de l'origine et du devenir de divers produits industriels.Dans le domaine pétrolier l'analyse des effluents à l'aide de sondes luminescentes à base de lanthanide permet de quantifier le taux résiduel de plusieurs classes d'additifs chimiques et permet d'optimiser la sécurité, la rentabilité et l'impact écologique du processus d'extraction.Dernièrement un prototype de spectrofluorimètre résolu en temps adapté à un usage industriel a été mis au point pour permettre un transfert technologique du laboratoire vers le milieu industrielTime-resolved fluorescence is an advanced spectrophotometric analysis method which allows the selection of emitted luminescent photons on a time-based parameters. It is possible to extract the signal of long-lived luminescent species even in complex and polluted matrix from the industry. This type of analysis is especially fitted for the detection of lanthanide ions. During this thesis two technologies based on time-resolved analysis were designed to answer specific industrial problematics. The first one yields the residual concentration of chemical additives used during oil and gas extraction. The second one aims at protecting crude oils and refined fuels from counterfeiting. They both rely on the use of lanthanide complex and the measurement of their luminescent properties. A prototype of time-resolved spectrofluorimeter was also built to transfer the technologies from the laboratory to the industrial world
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Maamary, Rabih. "Développements d'instrumentations lasers (QCL, DFG) dédiés à la métrologie d'espèces d'intérêt atmosphérique (CH₄, HONO)." Thesis, Littoral, 2014. http://www.theses.fr/2014DUNK0376/document.
Анотація:
Nous reportons dans ces travaux de thèse le développement de deux spectromètres à lasers fonctionnant dans la région spectrale du moyen infrarouge (2,78 µm et 8 µm) correspondant aux deux fenêtres atmosphériques pour la détection de traces de gaz. Le premier spectromètre, basé sur la génération de différence de fréquences (DFG) vers 2,78 µm, est couplé à un spectromètre utilisant un laser à cascade quantique (QCL) vers 8 µm dans une cellule multipassages. Ce montage croisé nous a permis de déterminer pour la première fois expérimentalement les intensités de 31 raies d’absorption les plus intenses de la branche Q de la bande fondamentale ν₁ de l’isomère trans de l’acide nitreux (trans-HONO), considéré comme espèce clé pour la capacité d'oxydation atmosphérique. Nous avons exploité le spectromètre à QCL lors d’une campagne de mesures ciblée sur la surveillance continue du méthane (CH₄) pendant le mois de janvier 2013 à Dunkerque. Les observations de la variation de la concentration du CH₄ ont été analysées à l'aide des paramètres météorologiques simultanément enregistrées. Face au besoin d’identification de ses sources d’émission, nous avons développé la technique IRLS (Isotope Ratio Laser Spectrometry) pour la mesure du taux isotopique de ¹³CH₄/¹²CH₄. Les résultats préliminaires sont présentésI report in this PhD thesis on the development of two mid-infrared laser spectrometers, based on difference-frequency generation (DFG) and quantum cascade laser (QCL), for application to trace gas monitoring. The DFG spectrometer (2.78 µm) was coupled with the QCL spectrometer (8 µm) to simultaneously measure nitrous acid (HONO) absorption spectra of the v₁ and v₃ bands respectively. Such crossing measurements allow us to determine experimentally, for the first time, the line strengths of 31 absorption lines of the ν1 band of trans isomer of nitrous acid that significantly impacts the air quality and climate change because of its crucial role in the atmospheric oxidation capacity. The QCL spectrometer is also deployed for continuous monitoring of methane (CH₄) during January 2013 in Dunkirk. Methane concentration variation is analyzed with the help of the simultaneously recorded meteorological parameters. In order to identify the sources of CH₄ emission, I developed an Isotope Ratio Laser Spectrometry (IRLS) technique to measure the isotopic ratio of ¹³CH₄/¹²CH₄. Preliminary results are presented
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Laithier, Virginie. "Microsystème fluidique de détection de gaz pour l'environnement." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4308/document.
Анотація:
Les travaux menés durant cette thèse ont abouti à la fabrication d'un microsystème fluidique de détection de gaz innovant portatif, bas coût et incluant un pompage thermique. Le microcapteur de gaz utilisé est inséré dans un microcanal. Un chauffage intégré permet au microcapteur de bien fonctionner. Il permet aussi la création du phénomène de thermal creep qui est à l'origine de l'écoulement du gaz à détecter le long du canal vers le microcapteur. Le gradient de température le long du canal et les dimensions sont des paramètres essentiels de l'étude.Des simulations microfluidiques et thermiques ont permis de définir les dimensions du microcanal ainsi que les matériaux les plus adéquats. Deux types de microsystèmes ont ensuite été réalisés. Le dispositif de chauffage intégré a été calibré afin d'étudier le gradient thermique réel. Une étude des performances du microcapteur sous ammoniac a été réalisée. Nous avons pu notamment déterminer la température optimale de détection. Puis des tests dans une cellule de détection ont été réalisés avec le microsystème completMy thesis work led to develop an innovative fluidic microsystem for gas detection. It is portable, cheap and has an integrated thermal pumping. The gas microsensor used is inserted into a microchannel. Its integrated heater allows the well detection. It also allows the creation of thermal creep phenomenon, which is at the origin of the gas flow along the channel which will be detected by the microsensor. The choices of both microchannel dimensions and the temperature gradient are the most important parameters. Thus, microfluidic and thermal simulations were performed to define the microchannel dimensions and the most suitable materials natures. Two microsystems were processed with clean room technologies. The integrated heater was calibrated to study the real thermal gradient. A study of the performance of the microsensor was performed under ammonia. We could include determining the optimal temperature sensing. Then the microsystem was studed using in a special detection cell
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El, Romh Mohamad Ali. "Oxydes sans plomb pour la détection de gaz : OSPÉGAZ." Thesis, Littoral, 2016. http://www.theses.fr/2016DUNK0448/document.
Анотація:
La détection de gaz, qui utilise aujourd'hui principalement des capteurs optiques, des capteurs électrochimiques à base de plomb et des capteurs catalytiques est un marché très porteur (estimé à 3 milliards d'euros) et doté d'une forte croissance (10% par an). La nécessité de développer de nouveaux systèmes d'instrumentation dédiés à la surveillance de la qualité de l'air intérieur et à la détection de substances dangereuses implique l'étude et le développement de nouveaux capteurs élaborés à partir de produits compatibles avec les enjeux environnementaux (RoHs, REACH), et économiques (matériaux à faible coût, techniques de réalisation fiables, durée de vie élevée). Le projet ANR OSPÉGAZ (Oxydes sans plomb pour la détection de gaz) vise à développer des systèmes d'instrumentations intégrés innovants dédiés à la caractérisation des différentes expositions environnementales en lien notamment avec les actions recommandées dans le cadre du PNSE2 pour les impacts sanitaires avérés. Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit fait partie du projet OSPÉGAZ. L'objectif du travail a été, d'une part, de mettre au point un nouveau procédé d'élaboration d'encre au sein du laboratoire UDSMM pour l'élaboration et la caractérisation de films épais poreux, et d'autre part, de réaliser des capteurs de gaz à base de ces films. Nous avons choisi d'utiliser le matériau BaTiO₃, bien connu de la littérature, comme matériau de départ afin de mettre au point le procédé d'élaboration de couches épaisses. Par la suite, nous avons choisi le BaSrTiFeO₃ comme matériau sensible au gaz, et nous avons étudié deux compositions correspondant à deux taux de fer : Ba₀.₈₅Sr₀.₁₅Ti₀.₉Fe₀.₁O₃ (BSTF 10%) et Ba₀.₈₅Sr₀.₁₅Ti₀.₉₈Fe₀.₀₂O₃ (BSTF 2%). Ces matériaux ont été caractérisés dans une large gamme de fréquence (100 Hz à 1 MHz) et de température (25°C à 500°C). Les propriétés diélectriques en fonction de la fréquence et de la température ont été étudiées sur deux structures différentes d'électrodes : capacité parallèle (MIM) et capacité interdigitée (CID). Enfin, des démonstrateurs de capteurs de gas basés sur le principe des capteurs semi-conducteurs, ont été réalisés à partir de films épais poreux (BT, BST, BSFT 10% et 2%). Ces démonstrateurs ont été testés dans les locaux de la société SIMTRONICS sous différents gaz comme le monoxyde de carbone CO (200ppm), le sulfure d'hydrogène H₂S (50ppm) et le dioxyde de soufre SO₂ (20ppm) à 400°C et 450°C. Sous H₂S (50ppm), ils ont montré une plus grande sensibilité relative du BSTF (10%) (55.4%) par rapport au BSTF (2%) (48%) à 450°C. La bonne sensibilité relative et la réponse dynamique très intéressante montrent que le matériau BSTF dispose d'un potentiel très intéressant pour la détection de gaz. L'optimisation de la géométrie des capteurs, du taux de fer et de la température de fonctionnement devrait nous permettre d'améliorer les performances de nos démonstrateursToday gas detection, which now mainly uses optical sensors, electrochemical sensors based on lead, and catalytic sensors, is a very promising market (estimated at 3 billion euros) with a strong growth (10% per year). The need for new instrumentation systems dedicated to the monitoring of the air quality and to the detection of hazardous substances, requires the study and development of new sensors compatible with the European environmental standards : Restriction of the use of Hazardous Substances (RoHS) ; Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals (REACh). The OSPÉGAZ project aims to develop innovative integrated instrumentations systems for the characterization of different environmental exposures linked to the actions recommended by the PNSE2 for proven health impacts. Our research project aims to develop innovating and cost-effective gas sensors containing lead-free oxides and dedicated to the detection of flammable gases and protection against toxic risks. The works of the thesis presented in this manuscript is a part of this project. The objectives were, firstly, to develop a new process for ink preparation in UDSMM laboratory, for the elaboration, electrical and physicochemical characterizations, of thick porous film, and secondly to make gas sensors based on these films. We chose to use the BaTiO3 (well-known material in literature) material as a first material in order to develop the process of thick film elaboration. After that, we chose the BaSrTiFeO₃ as gas-sensitive material, and we studied two compositions of Ba₁₋ ₓ Sr ₓ Ti₁₋yFeyO₃ with two different concentrations or iron : Ba₀.₈₅Sr₀.₁₅Ti₀.₉Fe₀.₁O₃ (BSTF 10%) and Ba₀.₈₅Sr₀.₁₅Ti₀.₉₈Fe₀.₀₂O₃ (BSTF 2%). Electrical characterizations were made in a wide range of frequency (100 HZ to 1 MHz) and temperature (25° C to 500° C). The dielectric properties as a function of temperature and frequency were studied using two different structures of capacitance : metal-insulator-metal (MIM) and interdigital electrodes (CID). Finally we have developed semi-conductor gas sensors based on BT, BST and BSTF (10% ; 2%) thick films. All our sensors were tested under different gases such as carbon monoxide CO (200ppm), hydrogen sulphide H₂S (50ppm) and sulfur dioxide SO₂ (20ppm), at various temperature, in the laboratory of SIMTRONICS SAS. We have measured the greatest relative sensitivity under H₂S (50ppm) gas ; 55.4% and 48% respectively for BSTF (10%) and BSTF (2%), at 450°C. Good relative sensitivity and very interesting dynamic responsesof BSTF show that the material has a great potential for the detection of gas. The optimization of the sensor geometry, iron rate and operating temperature should allow us to improve the performance of our demonstrators
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Viatte, Camille. "Observations de la composition atmosphérique par mesures infrarouges en occultation solaire depuis la station d’izana (Tenerife) et la nouvelle plateforme Oasis à Créteil." Thesis, Paris Est, 2011. http://www.theses.fr/2011PEST1127/document.
Анотація:
Pour quantifier l'influence des activités humaines sur le climat et en particulier sur la composition chimique de l'atmosphère, il est primordial de disposer de mesures continues et homogènes. C'est pourquoi l'objet de ce travail de thèse a consisté, dans un premier temps, à installer une nouvelle station d'observation (OASIS pour Observations Atmosphériques par Spectrométrie Infrarouge Solaire) sur le toit de l'Université Paris-Est à Créteil, pour mesurer des spectres d'absorption solaire dans l'infrarouge, en vue d'analyser les concentrations de gaz traces et leurs différentes variabilités temporelles. Cette étude est centrée sur deux molécules clés de l'atmosphère impliquées, à diverses échelles, dans les problèmes environnementaux actuels : l'ozone (O3) et le monoxyde de carbone (CO). Le développement de la méthode expérimentale et l'adaptation du code d'inversion (PROFFIT) a permis de restituer les colonnes totales et partielles de ces deux espèces. Pour valider les performances de cet instrument et de la méthode employée, les résultats des analyses de OASIS ont été comparés avec diverses données corrélatives provenant de mesures au sol (SAOZ pour l'O3), de satellites (IASI, GOME-2, OMI, pour l'O3, et MOPITT et IASI pour le CO) et de modèles globaux (REPROBUS pour l'O3 et MOCAGE pour le CO). Les résultats ont montré de très bons accords et prouvent la qualité du spectromètre à moyenne résolution, de la station OASIS, pour mesurer les concentrations de l'O3 et du CO atmosphérique. Une partie de ce travail a également concerné la validation des performances des instruments spatiaux actuels de détection de l'ozone atmosphérique, grâce à la campagne de mesures (avril-mai 2009) que j'ai réalisée à Izaña (Tenerife). Cette station, située en région sub-tropicale, à 2370 m d'altitude et en milieu non pollué, est intégrée dans le réseau NDACC, et possède un spectromètre à haute résolution spectrale. Les concentrations d'ozone issues des inversions de ses spectres ont été comparées aux données fournies par un instrument au sol (Brewer, situé sur le même site) et par plusieurs instruments satellitaires (IASI, OMI, GOME-2). Les résultats ont présenté d'excellents accords. Les diverses variabilités temporelles observées à Izaña et à Créteil (saisonnière, inter-journalière, diurne et événements extrêmes) ont été interprétées et les capacités respectives de ces instruments (haute et moyenne résolution spectrale) ont fait l'objet d'une discussion détailléeIn the frame of atmospheric composition change related to human activities, homogeneous and continuous atmospheric measurements have to be performed. This is why a new observatory (called OASIS for Observation of the Atmosphere by Solar occultation Infrared Spectroscopy) has been installed on the roof of the University of Paris-Est in order to analyze concentrations and variations of key atmospheric trace species, such as ozone and carbon monoxide. Development of experimental methodology and adaptation of inversion code (PROFFIT) allow to retrieved total and partial columns of these gases. Results are compared to different data from ground-based (SAOZ for O3), satellites (IASI, GOME-2, OMI, for O3, and IASI and MOPITT for CO) and from atmospheric model calculations (REPROBUS for O3 and MOCAGE for CO). Very good correlations were found, showing that a middle resolution instrument, such as OASIS is able to monitor atmospheric trace gases with a good accuracy. Then, thanks to a measurements campaign (April-May 2009), realized at Izaña (Tenerife, clear atmospheric conditions) observatory which is equipped with high resolution spectrometer, we provide valuable information about the performance of various total column ozone measuring instruments from ground (Brewer) and space (IASI, OMI, GOME-2). All temporal O3 and CO variabilities (seasonal, day-to-day, diurnal and extreme events) observed at both sites, such as respective high and middle resolution instruments capabilities were discussed in details
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Ngo, Kieu An. "Etude d'un système multiplicateur pour la détection sélective des gaz." Aix-Marseille 3, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX30018.
Анотація:
Le manque de sélectivité des capteurs de gaz à base d'oxyde métallique est la principale limite à leur utilisation. Afin de pallier ce problème, nous avons proposé dans ce travail une solution basée sur la combinaison de plusieurs capteurs et de méthodes de traitement de données. Pour ce faire, un banc de test incluant une matrice composée de plusieurs capteurs a été réalisé. Nous avons étudié deux procédures de chauffage des capteurs (mode isotherme et modulation thermique). L'analyse en composantes principales et les réseaux de neurones artificiels ont été utilisés pour traiter les données issues des capteurs. La première méthode de chauffage, appliquée à une matrice de six capteurs, a permis de classer et d'identifier cinq gaz (CO, NH3, H2S, C2H2 et NO) à une concentration de 100 ppm. De plus, nous avons pu mesurer la concentration de CO et NO en mélange avec une erreur acceptable (valeur du RMSEPr d'environ 10 %). La deuxième procédure de chauffage, utilisée avec une matrice de quatre capteurs, a permis d'identifier trois gaz (CO, C2H2, H2S) avec des concentrations variant de 25 ppm à 100 ppmChemical sensors based on metallic oxide undergo a significant lack of selectivity to gases. To overcome this problem, we proposed a solution based on the electronic nose approach, i. E. The combination of several sensors with appropriate pattern recognition methods. A semi-automatic test bench including a matrix composed of several commercial gas sensors was carried out. We used two sensor heating procedures (isotherm mode and temperature modulation mode). Principal component analysis and artificial neural networks were used as pattern recognition techniques. The first heating procedure, applied to a six-sensor array, allowed to classify and to identify five toxic gases (CO, NH3, H2S, C2H2 and NO, each gas concentration was 100 ppm). Moreover, the quantification of gas in binary mixtures was satisfactory, with a RMSEPr value of about 10 %. The second heating procedure, applied to a four-sensor array, allowed to identify three reducing gases (CO, C2H2, and H2S) with concentrations varying from 25 ppm to 100 ppm
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Wood, Thomas. "Application des techniques d’optique guidée à la détection de gaz." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4321/document.
Анотація:
Dans un monde de plus en plus pollué par l'activité industrielle, la détection des espèces gazeuses nocives dans l'atmosphère est d'une importance essentielle. Le marché des capteurs de gaz est déjà bien développé, avec la présence de diverses technologies et principes de détection, chacune présentant des avantages et des inconvénients intrinsèques. Dans le cadre de cette thèse, un alliage entre deux ou plusieurs technologies de détection typiquement utilisées de façon autonome a été visée, afin d'améliorer les performances globales des systèmes capteurs ainsi formées. A ce fin, nous avons conçu et étudié des dispositifs capteurs basées sur la transduction optique, couplée à un matériau sensible au gaz cible à détecter. Plus précisément, nous avons intégré pour la première fois un matériau catalyseur pouvant accélérer le taux d'oxydation des espèces chimiques (tel le monoxyde de carbone ou l'hydrogène) avec une architecture optique capable d'absorber la chaleur cédée lors de cette oxydation. L'augmentation de température occasionnée est traduite en une variation d'intensité lumineuse constituante le signal de sortie du capteur. Les travaux effectués sur les mesures de la dispersion thermique et chromatique de l'indice de réfraction des matériaux constituant le transducteur optique par des techniques d'optique guidé, ellipsométrie et des techniques photométriques sont présentés. Le sondage par moyen optique des propriétés électriques des matériaux semiconducteurs a également été étudié, y compris les variations de ces propriétés en présence des gaz oxydants, réducteurs et combustiblesIn a world suffering from increasing air pollution due to spiraling industrial activity, the detection of toxic gasses in the atmosphere is of paramount importance. The gas detector market is already well developed, and features a wide variety of detection technologies and techniques, each presenting its own set of intrinsic advantages and drawbacks. In this thesis, a combination of two or more technologies typically used independently has been studied in order to improve the global performances of gas detection systems. To this length, we have conceived and studied detector architectures based upon optical transduction systems, coupled with a material presenting a specific sensitivity to the target gas. More precisely, we have for the first time integrated a catalyst designed to accelerate the oxidation rate of chemical species (such as carbon monoxide or hydrogen) with an optical component capable of absorbing the heat generated by the oxidation reaction. The associated increase in temperature is translated to a variation of the optical intensity comprising the exit signal of the detector. The work carried out measuring the chromatic and temperature dispersion of the refractive index of the materials comprising the optical transduction component by guided mode techniques, ellipsometry and photometric techniques is presented. The optical probing of the electrical properties of semiconductor materials has also been studied, including the variations of these properties following interactions with oxidizing, reducing, or combustible gasses
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Cachia, Maxime. "Caractérisation des transferts d’éléments trace métalliques dans une matrice gaz/eau/roche représentative d'un stockage subsurface de gaz naturel." Thesis, Pau, 2017. http://www.theses.fr/2017PAUU3006/document.
Анотація:
Le gaz naturel représente environ 20% de la consommation énergétique mondiale et cette part est attendue à la hausse dans les prochaines années en raison de la transition énergétique. Pour des raisons économiques et stratégiques, et afin de réguler les demandes d’énergie entre l’été et l’hiver, le gaz naturel est stocké temporairement dans des réservoirs souterrains, notamment des réservoirs aquifères. Les opérations d’injection et de soutirage du gaz mettent donc en contact des espèces gazeuses, liquides et solides, et rendent potentiellement possibles de nombreux phénomènes de transferts d’espèces chimiques d’un milieu vers un autre. Ainsi, bien que composé majoritairement de méthane (70-90%vol), le gaz naturel peut présenter des concentrations variées d’éléments trace métalliques (arsenic, mercure, plomb…). Compte tenu du caractère néfaste de ces composés, à la fois pour les installations industrielles et pour l’environnement, il est de la première importance de connaître l’impact de la composition chimique du gaz sur l’aquifère.Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse s’inscrivent dans ce contexte et ont eu pour objectif de caractériser les matrices gaz/eau/roche ainsi que les interactions qui existent entre elles, avec pour centre d’intérêt principal les éléments trace métalliques.Pour cela nous avons fait porter nos efforts sur l’optimisation (i) des conditions d’utilisation d’un banc de prélèvement ATEX, basé sur le principe de barbotage, et (ii) des méthodes de piégeages des métaux lourds puis d’analyses employées. Ce dispositif unique permet d’échantillonner les métaux présents dans un gaz naturel sous pression (100 bar maximum). Utilisé sur des sites industriels, ce banc a permis de mesurer et suivre sur plusieurs années la composition chimique en éléments trace métalliques du gaz naturel, mais aussi ponctuellement d’un biogaz et d’un biomethane. En effet, Ces deux derniers gaz ont vocation à réduire l’utilisation des énergies fossiles, celle du gaz naturel en particulier. Les biométhanes sont donc amenés à parcourir les mêmes réseaux de transport et à séjourner dans les mêmes sites de stockage que ceux utilisés pour le gaz naturel.En complément de la caractérisation de la phase gazeuse, nous nous sommes intéressés aux évolutions des compositions chimiques des phases aqueuse et minérale du stockage souterrain, sans pouvoir identifier de mécanisme de transfert spécifiquement lié aux activités de stockage de gazNatural gas represents 20% of energy consumption in the world. This percentage is expected to increase in the next years due to the energy transition. For economic and strategic concerns, and in to regulate energy demand between summer and winter, natural gas might be stored in underground storages like aquifers. Consequently, injection and drawing operations favour contact between gaseous, liquid and solid species and make possible transfer phenomena of chemical species from one matrix to another. In addition, even though natural gases are composed essentially of methane (70-90%vol), they can also show various metallic trace element concentrations (mercury, arsenic, tin…). According harmful effects of these compounds on industrial infrastructures and on environment, knowing impacts of natural gas composition on aquifer storage is crucial.The different tasks of this thesis are incorporated within such a context with the objective to characterize gases-waters-rocks matrices and their potential interactions, focusing on metallic trace elements.Therefore, we have focused a part of this PhD thesis on the optimisation of conditions of use (i) of a in EX zone 0 sampler device, working according to the principle of bubbling and (ii) of trapping methodology as well as analytic methods. This unique device allows metal sampling from natural gases up to 100 bar pressure. Its use on industrial sites has permitted to measure and monitor during several years the metallic trace element chemical compositions of a natural gas and also more limited biogas and a biomethane analysis. Indeed, these two last gases are designed to reduce fossil fuel consumption particularly natural gas one. Biomethanes are led to use the same transportation network and to be temporarily stored in the same way as natural gaz. In addition of the gaseous phase, we have taken interest in the water and the mineral phases to characterize their chemical composition evolutions in time, without identify specific transfer mechanisms in touch with gas storage activity
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Erouel, Mohsen. "Etude sur les transistors organiques à vocation capteur de gaz : application à la détection de gaz nitrés." Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0040/these.pdf.
Анотація:
Les transistors organiques à effet de champ OFETs sont des transistors MOS en couches minces qui se développent considérablement du fait de leur application possible comme capteurs de gaz nitrés. Le développement de ces dispositifs demande de mettre au point des technologies adaptées : bas coût, processus basse température, portabilité, stabilité et sélectivité. L'objectif de ce travail est de développer des transistors organiques en vue de la détection de dérivés nitrés utilisés dans les explosifs courants. Pour y parvenir, plusieurs tâches ont été menées. La première tâche consiste à choisir le diélectrique permettant d’avoir un transistor stable. Dans ce but, deux types d’isolant de grille ont été étudié : des oxydes inorganiques de fortes constantes diélectriques (Ta2O5, HfO2, ZrO2, Al2O3/ZrO2) déposés par une procédure basse température, et un isolant organique polyméthylméthacrylate PMMA déposé par spin-coating. Des transistors en pentacène utilisant les différents diélectriques ont été réalisés afin de comparer leurs performances électriques. L’analyse de tous les résultats obtenus (électriques et morphologiques) nous a permis d’appréhender le comportement de ces dispositifs sous leur aspect général ainsi que celui des diélectriques. L’étude de la stabilité des transistors utilisant les oligothiénylènevinylènes retenues pour la détection de dinitrotoluène (DNT) a été réalisée. La mesure de la dérive de ces composants a été effectuée par des études de l’influence de bias stress, de l’humidité et de température. La réponse de ces capteurs à la présence des vapeurs de DNT a été appréhendée. Cette détection passe par des réactions donneur-accepteur entre la coucheOrganic field effect transistors (OFETs) are now widely recognized for their potential applications in all fields of so-called "plastic electronics". The high development of those transistors is related to the possibility to use its on nitrous gas sensor elaboration. The development of those systems needs the use of adapted technologies, a low elaboration cost, working at low temperature, to be easy to transport, selective and stable. In this field, the objective of our work consists on developing organic transistors for nitrous derivates detection usually used on classical explosive system. The sensor elaboration needed the good realisation of many tasks. The first one consists on the selection of the dielectric allowing us to have a stable transistor. For this, two insulator materials were used: inorganic oxides with high dielectric value (Ta2O5, HfO2, ZrO2, Al2O3/ZrO2) deposited with a low temperature process and an organic insulating material, the polymethylmethacrylate PMMA deposited by spin-coating. Pentacene transistors using different dielectrics were elaborated in order to compare their electric efficiencies. The results analysis (morphologic and electric) permitted to understand the comportment of those systems under their general aspect in addition to the comportment of the used dielectrics. The study of the stability of the oligothienylenevinylenes derivatives based transistors selected for the detection of dinitrotoluen (DNT) was conduced. The measure of components derivates was realized by studies based on the stress influence following, humidity and temperature. Sensors responses to DNT vapour were followed. Detection is related to donor-acceptor reaction
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Waly, Hashem. "Automated Fault Identification - Kernel Trace Analysis." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28246/28246.pdf.
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Baklouti, Linda. "Capteurs à base d'assemblages discontinus organisés pour la détection spécifique de gaz." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT198/document.
Анотація:
La détection et la surveillance des gaz est un enjeu important tant pour la sécurité industrielle que pour la protection de l’environnement et des personnes. Le dihydrogène, prend une place de plus en plus importante en tant que combustible et vecteur énergétique mais il est extrêmement inflammable et explosif dans un large domaine de 4 à 75 % dans l’air. De même, l’ammoniac est très utilisé dans l’industrie comme gaz réfrigérant ou comme élément de base pour la production chimiques d’autres composés. Ce gaz présente des risques sur l’environnement et sur les êtres vivants et peut former des mélanges explosifs avec l’air dans les limites de 15 à 28 % en volume. Les capteurs de gaz permettant d’indiquer la présence et/ou la quantification de ces gaz prennent alors toute leur importance. Dans la continuité de nos nombreux travaux sur les capteurs résistifs à base d’assemblages discontinus de nano-objets, l’objet de ce travail de thèse a été de préparer des capteurs résistifs pour la détection de H2 et NH3. Ces capteurs sont à base d’assemblages 2D de nanoparticules de compositions complexes. Trois types de nanoparticules cœur-coquille ont été synthétisés : Au@ZnO, Au@SnO2 et Au@Ag. Différentes techniques physico-chimiques (UV-Visible/TEM / DRX etc) ont permis de caractériser les particules obtenues. L’étape suivante a consisté à les assembler en monocouches compactes. Les films ont été obtenus par la méthode d’assemblage de Langmuir-Blodgett. Après transfert à la surface d’un substrat en verre supportant des électrodes inter digitées, les performances de détection des capteurs résistifs fabriqués ont été alors évaluées. Les capteurs à base de Au@ZnO et Au@SnO2 ont été testés sous H2, tandis que les capteurs à base de Au@Ag l’ont été sous NH3. Les capteurs fabriqués ont montré des performances attractives de détection de H2 et NH3 dans des gammes de concentration étendues. Une autre contribution importante de ce travail concerne la compréhension des mécanismes de détection. Diverses techniques analytiques, tels que la TPD (Température désorption Programmed) et la TPR (Température de réduction programmée) ont été utilisés pour permettre la discussion des les mécanismes impliquésGas sensing and monitoring are important issues for both industrial safety and protection of the environment and human beings. Dihydrogen, is increasingly used as fuel and energy carrier but it is extremely flammable and explosive in a wide range between 4 and 75% in air.Similarly, ammonia is widely used in industry as a cooling gas or as a reagent for the chemical production of other compounds.This gas presents risks to the environment and to living beings and can form explosive mixtures with air within 15 to 28% by volume.Gas sensors, indicating the presence and /or quantification of these gases, are very important.In continuation of our work on resistive sensors based on discontinuous assembly of nano-objects, the aim of this thesis was to prepare resistive sensors for the detection of H2 and NH3.These sensors are based on 2D assemblies of complex compositions of nanoparticles. Three types of core-shell nanoparticles were synthesized: Au@ZnO, Au@SnO2 and Au@Ag. Different physicochemical techniques (UV-Visible / TEM / DRX etc.) were used to characterize the particles. The next step was to assemble them in compact monolayers. The films were obtained by Langmuir-Blodgett assembling technique. Then, they were transferred to the surface of a glass slide supporting interdigitated electrodes. Sensing performances of the as-fabricated resistive sensor were evaluated.Sensors based on Au@ZnO and Au@SnO2 nanoparticles were tested towards H2, while Au@Ag based sensors were tested under NH3.The sensors showed attractive performances in H2 and NH3 detection within wide concentration ranges. Another important contribution of this work is the understanding of detection mechanisms. Various analytical techniques such as TPD (Temperature Programmed Desorption) and TPR (temperature programmed reduction) were used for the discussion of the mechanisms involved
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Rebière, Dominique. "Capteurs à ondes acoustiques de surface : application à la détection des gaz." Bordeaux 1, 1992. http://www.theses.fr/1992BOR10626.
Анотація:
L'etude concerne des dispositifs a ondes acoustiques de surface utilises pour la detection des gaz. Les travaux effectues au cours de la derniere decennie ont montre l'interet de tels dispositifs. Dans cette etude, les mecanismes de propagation des ondes elastiques dans les structures multicouches sont presentes sous forme matricielle, permettant de s'affranchir des hypotheses limitatrices liees a la methode des perturbations habituellement utilisee. Des oscillateurs pilotes par des lignes a retard a ondes acoustiques de surface, ont ete realises et caracterises. La presence de depot a proprietes d'absorption selective sur les lignes transforme celles-ci en detecteur de gaz. Le modele etudie et caracterise est celui de la detection du no#2 par une couche de phthalocyanine de cuivre
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Risser, Christophe. "Caractérisation et réalisation d'instruments de détection de gaz par spectrométrie laser photoacoustique." Thesis, Reims, 2015. http://www.theses.fr/2015REIMS001.
Анотація:
Ce travail présente le développement de spectromètres photoacoustiques pour la mesure de traces de gaz avec des résonateurs de Helmholtz différentiels.La cuve représente le coeur de l'instrument, le laser qui la traverse va créer une onde de pression stationnaire qui sera mesurée par des microphones. Le signal photoacoustique est fonction de la concentration du gaz et la manière dont il sera amplifié va dépendre en grande partie de la géométrie de la cuve. Une méthode aux éléments finis est utilisée pour exprimer cette caractéristique selon les modes et les fréquences propres calculées de la cuve. Les paramètres clés de la cuve sont ainsi calculés, comme la fréquence de résonance, le facteur de qualité et la constante de la cuve. Contrairement à d'autres méthodes de spectroscopie infrarouge, la sensibilité des spectromètres photoacoustiques augmente alors que la cuve se miniaturise. Cette particularité est vérifiée expérimentalement avec un bon accord avec la simulation. La modélisation prouve une nouvelle fois être suffisamment robuste pour être utilisée dans un processus d'ingénierie du spectromètre. Cet outil va en effet permettre d'optimiser les dimensions du résonateur selon les besoins de l'application, soit en privilégiant le maximum de signal, la plus haute fréquence de travail ou encore le plus faible encombrement. De nombreuses cuves ont été développés avec l'aide de la simulation, l'écart observé avec les paramètres expérimentaux est de l'ordre de 15 %. Enfin, les applications actuelles en mesure de traces de gaz demandent de mesurer la concentration d'au moins deux gaz, de façon simultanée, avec des niveaux de détection proche du ppb. Un mode de résonance de Helmholtz particulier est trouvé afin de proposer une mesure multi-gaz. Enfin, la sensibilité est augmentée grâce à un système multi-passagesThis work presents the conception of a photoacoustic spectrometer dedicated to trace gas measurements using a differential Helmholtz resonator. The main component of the instrument is the cell, where a standing wave is produced by a laser excitation and is measured with microphones. The photoacoustic signal is proportional to the gas concentration and the cell shape mainly affects its amplification. A finite element method is used to find this characteristic by calculating the cell eigenmodes and eigenfrequencies.Key parameters of the cell are then calculated, including cell frequency, quality factor and cell constant. Unlike other infrared spectroscopy methods, sensitivity of photoacoustic spectrometers increases by miniaturization process. This particular phenomenon is experimentally verified and is in good agreement with the simulation.Modelization proves again its robustness to be used on an engineering process of the spectrometer. This tool allows to optimize resonator dimensions according to the application, favouring maximum signal, higher working frequency or reduced size. Many cells designed with the help of the simulation are presented, where the observed error with experiments is of the order of 15 %. Finally, today's trace gas applications need the measurement of at least two concentrations, simultaneously with detection limits down to the ppb level. A novel Helmholtz resonance mode is then found to allow multi-gas sensing.Finally, sensitivity is increased by multi-pass systems
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Lefebvre, Anthony. "Simulation et conception de microsources infrarouges nanophotoniques pour la détection de gaz." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLO002/document.
Анотація:
L’utilisation de micromembranes suspendues chauffées par effet Joule comme source de rayonnement infrarouge est une piste prometteuse pour la réalisation de détecteurs de gaz compacts, basse consommation et à bas coût. Afin d’améliorer l’efficacité de ces dispositifs récemment introduits, il est nécessaire d’optimiser ceux-ci à la fois du point de vue optique et thermique.En ajoutant des résonateurs plasmoniques frustrés sur les membranes, il est possible de modifier l’émissivité de ces dernières, afin de contrôler spectralement et angulairement le rayonnement émis. De cette façon, la puissance utile est augmentée, tandis que la consommation électrique diminue. D’autre part, l’étude en profondeur des rôles des différents canaux thermiques conduit à relier rayon de la membrane, temps de chauffe et énergie disponible par mesure et de définir un régime optimal de fonctionnement dynamique.Finalement les membranes sont fabriquées en salle blanche et caractérisées électriquement, optiquement et mécaniquement afin d’estimer les gains en performances. La réalisation d’un prototype de capteur de CO2 à 4,26 µm à partir de ces sources indique des précisions de l’ordre de la vingtaine de ppm pour une consommation d’un milliwatt, en compétition favorable avec l’état de l’art mondial dans ce domaineJoule-heated suspended microhotplates can be used as infrared sources in cheap, low-consumption spectroscopic gas sensors. To enhance the very low efficiency of first generation structures, both their thermal and optical designs have to be optimized.The implementation of frustrated plasmonic resonators on top of the membrane grants both spectral and angular control of its emissivity. It is thus possible to make it radiate only at the frequencies absorbed by the gas under study, and in the solid angle of the detector. This leads to an increase in useful radiated power while the overall electrical consumption is decreased. Dynamical studies of membrane heating provide welcome insight on the relationship between membrane radius, heating time and energy consumption per measurement. The existence of a compromise is demonstrated in order to maximize the radiative efficiency, and its physical interpretation is detailed.Eventually, membranes fabricated in LETI’s clean room were characterized to measure their electrical, optical and mechanical properties. The implementation of such sources in a CO2 prototype sensor led to state-of-the-art results, with a few dozen ppm sensitivity with a power consumption of only one milliwatt
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Favard, Alexandre. "Multicapteurs intégrés pour la détection des BTEX." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0123.
Анотація:
La qualité de l’air extérieur (QAE) a fait l’objet d’une législation dès 1996 avec la loi LAURE. Depuis 2008, la directive européenne 2008/50/CE a instauré des obligations de mesure et de seuils à ne pas dépasser pour certains polluants à l’échelle européenne. Selon de nombreuses données toxicologiques et épidémiologiques, la pollution de l’air est à l’origine d’insuffisances respiratoires, d’asthme, de maladies cardiovasculaires et de cancers.Les composés organiques volatils (COV) et notamment le benzène, le toluène, l’ethylbenzène et les xylènes (les composés BTEX) sont des polluants avérés et participent grandement à la dégradation de la qualité de l’air intérieur et extérieur. Ce travail de thèse a concerné la réalisation d’un multicapteur de gaz à base d’oxyde métallique pour la détection de traces de BTEX dans le cadre du projet SMARTY (SMart AiR qualiTY). Un système de caractérisation électrique complet a été conçu et mise au point pour la détection de très faibles concentrations de BTEX (le ppb). Après une étude bibliographique, plusieurs matériaux ont été sélectionnés (WO3, ZnO, SnO2). Les caractérisations électriques des couches sensibles sélectionnées ont été effectuées sous air sec et sous différents taux d’humidité en présence de BTEX et de gaz interférents (NO2, CO2). Le WO3 a montré les meilleures performances en présence d’humidité et a été choisi pour le transfert de technologie qui accompagne les nouveaux transducteurs brevetés AMU. Le multicapteur à base de WO3 a montré une détection limite de 1 ppb sous 50% d’humidité relative et a permis de détecter et de quantifier de manière efficace les BTEXOutdoor air quality is subjected to the law LAURE since 1996. In 2008, the european directive 2008/50/EC introduced measurement requirements and thresholds that should not be exceeded for certain pollutants on a european scale. According to several toxicological and epidemiological studies, air pollution causes respiratory failure, asthma, cardiovascular diseases and cancers. In Europe, air pollution is responsible for more than 300 000 early deaths a year.Volatile organic compounds (VOCs), particularly benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX compounds) are proven pollutants and play a major role in the degradation of indoor and outdoor air quality. This thesis is dedicated to the development of a metal oxide based multi-gas sensor for the detection of traces of BTEX within the framework of the SMARTY project (SMart AiR qualiTY). A complete electrical characterization system was designed and implemented for the detection of sub-ppm concentrations of BTEX.Based on the state-of-art, several materials were selected (WO3, ZnO, SnO2). The electrical characterizations of the selected sensitive layers were carried out under dry air and under different humidity levels in the presence of BTEX and interfering gases (NO2, CO2). Tungsten oxide (WO3) exhibits the best performance in the presence of moisture and is chosen for the technology transfer that accompanies the new patented AMU transducers. The WO3-based multi-sensor has a lower limit of detection (LOD) of 1 ppb at 50% relative humidity and effectively detects and quantifies BTEX
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Biben, Christophe. "Contribution à l'étude d'un dispositif de détection de chocs sur conduites de gaz enterrées." Toulouse, ENSAE, 1996. http://www.theses.fr/1996ESAE0011.
Анотація:
Suite à des chocs de nature mécanique, des réseaux de canalisations sont souvent endommagés. Ces incidents qui nécessitent une intervention plus ou moins rapide, doivent être connus de l'exploitant. La détection de ces chocs impose la connaissance des mécanismes de propagation des ondes de structure dans les conduites cylindriques. Une étude théorique est alors menée pour décrire les vibrations libres d'une coque mince cylindrique. Elle est basée sur les équations de Donnell, complétées par la formulation de Flügge. Le système matriciel ainsi obtenu conduit à l'équation de dispersion. Celle-ci permet d'une part de calculer les fréquences des modes propres transverses vibratoires, et, d'autre part, d'identifier les types d'ondes se propageant dans la structure (longitudinale, cisaillement, flexion). La notion de perte en amplitude du signal vibratoire le long de l'axe du cylindre est alors prise en compte dans cette étude théorique en considérant le cas de conduite de longueur infinie. Les lois mathématiques traduisant cette décroissance sont recherchées à l'aide d'expérimentations. L'étude expérimentale menée permet de quantifier l'atténuation en amplitude d'un mode transverse se propageant le long de conduites droites ou d'un réseau complexe comprenant diverses singularités. Ainsi, deux séries d'essais sont réalisées, la première sur un réseau en site laboratoire (conduite placé en milieu aérien), la seconde sur un réseau en site industriel (conduite enterrée), prenant en considération la charge du sol. Les lois de décroissance associées aux facteurs d'atténuation des différentes singularités constituent les éléments d'un modèle permettant de simuler la propagation d'onde de structure le long d'un réseau de canalisations. Une application au dimensionnement de la position des systèmes de détection en fonction de l'agencement du réseau est alors proposé. La validation du modèle appliqué à une conduite industrielle reste néanmoins à effectuer.
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Rahmani, Meryem. "Analyses Raman multispectrales exaltées pour la détection de molécules sous forme de trace." Electronic Thesis or Diss., Le Mans, 2024. http://www.theses.fr/2024LEMA1004.
Анотація:
Au cours des dernières décennies, l'utilisation des produits phytosanitaires communément appelés pesticides a augmenté. Ces substances sont devenues de plus en plus présentes dans notre environnement, s’'accumulant ainsi dans les sols, l'air et les eaux. Ces produits, même en très faible concentration, représentent un danger pour la santé humaine, végétale et animale. Pour toutes ces raisons il est important d'encadrer l'utilisation des produits phytosanitaires en interdisant l'utilisation de certaines de ces substances et en mettant en place des réglementations pour fixer les Limites Maximales de Résidus (LMR). Il est aussi nécessaire de développer de nouvelles méthodes de détection et d’identification de polluants à l'état de trace car les techniques conventionnelles nécessitent de gros équipements de laboratoire qui ne sont pas compatibles avec des analyses sur site.Dans le cadre de nos travaux, nous utilisons la Diffusion Raman Exaltée de Surface (DRES) pour détecter et identifier des molécules à l’'état de trace. Nous avons étudié et analysé les performances de trois substrats DRES commerciaux (Hamamatsu, SERSitive et Ocean Insight) pour la détection et l'identification d'une molécule modèle à des concentrations de l'ordre de 10-6 M et 10-8 M. Nous avons comparé les réponses Raman à partir des cartographies enregistrées sur leurs surfaces à deux longueurs d’onde incidentes. Nous avons également développé et optimisé des supports métalliques nanorugueux capables de détecter et identifier des molécules avec une limite de détection à 10-9 M. Nous présenterons le protocole expérimental utilisé pour fabriquer ces substrats nanorugueux en or. Ensuite, nous avons étudié les propriétés topographiques des surfaces pour mieux comprendre les propriétés d'exaltation des substrats. Ces derniers sont analysés par microscopie électronique à balayage et par microscopie à force atomique (AFM). Les réponses optiques des supports nanorugueux sont étudiées en champ proche par photoémission d’électrons (PEEM) et en champ lointain par spectrométrie Raman une fois ces supports mis en contact avec des solutions contenant des molécules à très faibles concentrations. Nous avons comparé la réponse spectrale, les distributions d'intensité, et la stabilité sous faisceau laser, des substrats nanorugueux en or et le substrat le plus efficace parmi les trois substrats DRES commerciaux en analysant les spectres Raman à une concentration de 10-8 M.La stabilité de la réponse Raman des substrats DRES commerciaux et du substrat nanorugueux optimisé a été étudiée dans le temps, pendant une durée de plusieurs mois. Avec le temps, l'efficacité des substrats diminue et il n'est alors plus possible de détecter la présence des molécules. Nous avons développé une méthode qui permet d'améliorer les performances Raman de ces substrats vieillis. Les performances de ces substrats améliorés ont été étudiées en analysant les distributions d'intensité Raman à partir d'imagerie contenant plusieurs centaines de spectres. Nous avons utilisé les substrats nanorugueux en or pour détecter les molécules présentes dans un mélange binaire de molécules modèles à une concentration de 10-8 M. Nous avons analysé les cartographies Raman en utilisant des outils chimiométriques, à savoir l’'Analyses en Composantes Principales (ACP), et la Multivariate Curve Resolution (MCR)In recent decades, the use of phytosanitary products commonly called pesticides has increased. These substances have become increasingly present in our environment, accumulating in soil, air and water. Even at very low concentration these products represent a danger to human, plant and animal health. For all these reasons it is important to regulate the use of phytosanitary products by prohibiting the use of certain of these substances and by strengthening regulations to set Maximum Residue Limits (MRLs) as low as possible. It is also necessary to develop new methods for detecting and identifying trace pollutants because conventional techniques require large laboratory capabilities which are not compatible with on-site analyses.In my PhD. work, we have used Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) to detect and identify trace molecules. We studied and analyzed the performance of three commercial DRES substrates (Hamamatsu, SERSitive and Ocean Insight) for the detection and identification of a model molecule at concentrations of the order of 10-6 M and 10-8 M. We compared the Raman responses from the Raman maps recorded on their surfaces at two incident wavelengths. We have also developed and optimized efficient nanorough metallic substrates to detect and identify molecules with a detection limit of 10-9 M. We will present the experimental protocol used to fabricate our nanorough gold substrates. The topographical properties of the surfaces were studied by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) to better understand the reason of SERS properties of the substrates. The optical responses of our nanorough substrates were studied in the near field by electron photoemission (PEEM) and in the far field by Raman spectrometry after putting them in contact with solutions containing molecules at very low concentrations. We compared the spectral response, intensity distributions, and stability under laser beam, of gold nanorough substrates and the most efficient substrate among the three commercial DRES substrates by analyzing the Raman spectra at a concentration of 10-8 M.The stability of the Raman response of the commercial SERS substrates and our optimized nanorough substrates was studied over time, for a period of several months. The effectiveness of the substrates decreases over time and it is no longer possible to detect the presence of the molecules after several months. In my PhD work we have tested a method that makes it possible to improve the Raman performance of these aged substrates. The performance of these improved substrates was studied by analyzing Raman intensity distributions from imaging containing several hundred spectra. Finally, we used the gold nanorough substrates to detect molecules present in a binary mixture of model molecules at a concentration of 10-8 M. We analyzed the Raman maps using chemometric tools, namely Component Analysis. Principal (ACP), and Multivariate Curve Resolution (MCR)
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Laugel, Guillaume. "Combustion catalytique de gaz inflammables à l’aide d’oxydes métalliques : application à la détection de fuites dans des turbines à gaz." Strasbourg, 2009. http://www.theses.fr/2009STRA6097.
Анотація:
Ces travaux de thèse s’inscrivent dans la recherche de moyens de prévention des risques d’explosion et de pollution liés à l’exploitation d’installations industrielles telles que les turbines à gaz. Ces travaux, en collaboration avec la firme General Electric, portent ainsi sur l’élaboration et l’étude de systèmes catalytiques pouvant entrer dans la fabrication ultérieure d’un capteur de gaz. Son principe de fonctionnement est basé sur la combustion catalytique du gaz à détecter. Les combustibles ayant fait l’objet d’une étude correspondent à ceux rencontrés dans une installation de turbines à gaz, à savoir le méthane, le n-butane (GPL), l’isooctane (essence), le n-décane (fioul), le monoxyde de carbone, l’éthanol et l’octanoate de méthyle (biodiesel). Dans ce type d’installation, le seuil minimal de détection du capteur est fixé à 5% de la LIE (Limite Inférieure d’Explosivité) du combustible. Il a donc été nécessaire de tester l’activité des catalyseurs en introduisant les combustibles en faible concentration (500 – 6250 ppm). Notre choix de catalyseur s’est porté sur les oxydes simples et mixtes à base de manganèse, de fer et de cobalt. Les pérovskites non-substituées LaBO3 (B = Mn, Fe, Co) et celles substituées de types La0,8A’0,2BO3 (A’ = Ba ou Sr et B = Mn ou Co) et LaB0,8B’0,2O3 (B = Mn ou Co et B’ = Fe ou Cu) ont été préparées par une méthode sol-gel. Les oxydes simples et les pérovskites non-substituées ont été imprégnés sur la silice mésoporeuse SBA-15 et la cérine en suivant la méthode dite des « deux-solvants ». Une étude approfondie par différentes techniques de caractérisation (DRX, RTP, DTP-O2, spectroscopie Mössbauer, RPE, RMN, XPS, etc. ) a permis de mettre en évidence de nombreuses relations entre la structure des catalyseurs et leur activité catalytiqueTo avoid risks of explosion and pollution in industrial combustion installation, such as gas turbines, the detection of residual explosive gases is required. Therefore, in collaboration with General Electric, the work of this thesis was focused on the development and the study of catalytic systems which can be integrated in a future fabrication of a gas sensor. The principle of these sensors is based on the measurement of the gas concentration as a function of the increase in temperature produced by the heat of combustion reaction on the catalytic surface. The combustion of different hydrocarbons (methane, n-butane, isooctane, n-decane) and oxygenated compounds (carbon monoxide, ethanol, methyl octanoate) that are commonly used in gas turbine units was studied. In this type of installation, recent regulations have implemented a sensor response to detect a concentration as low as 5% of the LEL (Lower Explosive Limit) for the above studied fuels. To fulfill this demanding application constraint, the fuels must be introduced at very low concentration (500 – 6250 ppm) during the catalytic tests. Simple and mixed metal oxides based on manganese, iron and cobalt were chosen as catalysts. Perovskites LaBO3 (B = Mn, Fe, Co) and substituted perovskites La0,8A’0,2BO3 (A’ = Ba or Sr and B = Mn or Co) and LaB0,8B’0,2O3 (B = Mn or Co and B’ = Fe or Cu) were prepared using a sol-gel process. Simple oxides and perovskites LaBO3 were supported on a mesoporous silica SBA-15 and on ceria according to the “two-solvents” method. A complete set of physico-chemical characterisations of the different catalysts was realized using several techniques (XRD, TPR, TPD-O2, EPR, NMR, XPS spectroscopy, etc. ) to correlate the structure of the materials with their catalytic activities
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Delpha, Claude. "Contribution au développement d'un système multiplicateurs de gaz : application à la détection de gaz réfrigérant Forane 134a et de gaz carbonique dans une atmosphère conditionnée humide." Metz, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/2000/Delpha.Claude.SMZ0031.pdf.
Анотація:
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 inconnuThe development of gas multisensor systems (electronic noses) has now an increasing interest in many field of application. In the field of atmospheric anti-pollution control our study consists in the main detection of a refrigerant gas Forane 134a and carbon dioxide in a humidity controlled atmosphere. We first give the state of the art on electronic noses and gas sensors, and then we present to justify our choice for array of tin dioxide (SnO2) sensors from FIGARO Engineering Inc. We mention the main constraints for their use allowing us to define the experimental set-up useful to their study. We show the importance of this set-up by noting the errors and other lack of precision which can be induced in the measurements if a good control is not correctly operated. Afterwards, we give the characterization results of the chosen sensor types for the different possible atmospheres : dry or wet synthetic air mixed with various concentrations of our two target gases R134 and CO2 and their mixture. We underline the reducing type response of the sensor in presence of humidity or R134a, and the oxidising type response CO2. We also show the influence of the relative humidity on the alone or mixed studied gases. From this characterization two main representative variables are extracted : the steady-state conductance and the conductance dynamic slope. The system learning data base is then built and we show that the association of the reference gas conductance as a variable with the two other types allow us to reduce the drift effects during the treatment with multivariate data analysis methods (Principal Component Analysis and Discriminant Factorial Analysis). Finally we propose decisive laws for the identification of the target gases and also their possible quantification. These laws allowed us the successful identification (more than 99%) of unknown test cases
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Grossel, Agnès. "Spectrométrie infrarouge et détection de gaz à l'aide de lasers à cascade quantique." Reims, 2007. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000774.pdf.
Анотація:
Ce travail de thèse, réalisé au sein du Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique (GSMA) de Reims et plus précisément dans l'équipe Spectroscopie Laser Infrarouge, est consacré à l'étude des possibilités offertes par les lasers à cascade quantique pour la détection de très faibles concentrations de gaz et pour la mesure de paramètres moléculaires. Cette thèse peut donc se diviser en trois parties : la première présente brièvement un bilan des sources infrarouges accessibles actuellement et des méthodes de détection de gaz avec ces sources ; l'intérêt des lasers à cascade quantique est souligné. La deuxième partie de cette thèse présente les méthodes de mesure de paramètres spectroscopiques avec des diodes laser ou des lasers à cascade quantique. J'ai appliqué ces méthodes à des mesures de paramètres spectroscopiques de composés d'intérêt atmosphériques : dioxyde de carbone et protoxyde d'azote. Ces mesures correspondent à des besoins réels pour l'analyse de mesures atmosphériques (dans le cas du N2O, pour les mesures de profils atmosphériques lors de campagne ballon de l'instrument SPIRALE du Laboratoire de Physique et Chimie de l' Environnement-LPCE, et dans le cas du CO2 pour vérifier des mesures LIDAR effectuées par le Laboratoire de Météorologie Dynamique-LMD de Palaiseau). Les lasers à cascade quantique ont également été utilisés pour réaliser des mesures à très haute sensibilité de gaz. Ils ont été couplés avec un détecteur photoacoustique développé au GSMA et l'optimisation de ce système a permis d'obtenir des limites de détection de l'ordre du ppb ou de la dizaine de ppb pour plusieurs composés atmosphériques : méthane, protoxyde d'azote, oxyde nitriqueThis Ph. D thesis was realised in the Infrared Laser Spectroscopy team at the Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique (GSMA) in REIMS. The purpose was to study some possible applications of quantum cascade lasers for the detection of very weak concentrations of gases and for the measurements of molecular parameters. It consists of three parts. First a rapid overview of nowadays infrared sources and gas detection methods is presented. This overview outlines the great interest of quantum cascade lasers that were chosen for this work. The second part deals with measurements methods of molecules spectroscopic parameters with diode laser and quantum cascade laser. Such methods were applied for the measurements of atmospheric molecules spectroscopic parameters : carbon dioxide and nitrous oxide. Such measurements were linked to a real need for analysis of atmospheric measurements. The N2O measurements were done for the inversion of atmospheric pro_les recorded by the SPIRALE instrument of the Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement (LPCE) and the CO2 parameters were used to verify LIDAR measurements recorded by the Laboratoire de Meteorologie Dynamique (LMD) of Palaiseau. The QCL were also used for high sensitivity measurements of gas concentration. They were coupled with a photoacoustic sensor developed by the GSMA and this system was optimized to obtain detection limits in the ppb or tens of ppb range for several atmospheric molecules : methane, nitrous oxide, nitric oxide
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Favard, Alexandre. "Multicapteurs intégrés pour la détection des BTEX." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0123/document.
Анотація:
La qualité de l’air extérieur (QAE) a fait l’objet d’une législation dès 1996 avec la loi LAURE. Depuis 2008, la directive européenne 2008/50/CE a instauré des obligations de mesure et de seuils à ne pas dépasser pour certains polluants à l’échelle européenne. Selon de nombreuses données toxicologiques et épidémiologiques, la pollution de l’air est à l’origine d’insuffisances respiratoires, d’asthme, de maladies cardiovasculaires et de cancers.Les composés organiques volatils (COV) et notamment le benzène, le toluène, l’ethylbenzène et les xylènes (les composés BTEX) sont des polluants avérés et participent grandement à la dégradation de la qualité de l’air intérieur et extérieur. Ce travail de thèse a concerné la réalisation d’un multicapteur de gaz à base d’oxyde métallique pour la détection de traces de BTEX dans le cadre du projet SMARTY (SMart AiR qualiTY). Un système de caractérisation électrique complet a été conçu et mise au point pour la détection de très faibles concentrations de BTEX (le ppb). Après une étude bibliographique, plusieurs matériaux ont été sélectionnés (WO3, ZnO, SnO2). Les caractérisations électriques des couches sensibles sélectionnées ont été effectuées sous air sec et sous différents taux d’humidité en présence de BTEX et de gaz interférents (NO2, CO2). Le WO3 a montré les meilleures performances en présence d’humidité et a été choisi pour le transfert de technologie qui accompagne les nouveaux transducteurs brevetés AMU. Le multicapteur à base de WO3 a montré une détection limite de 1 ppb sous 50% d’humidité relative et a permis de détecter et de quantifier de manière efficace les BTEXOutdoor air quality is subjected to the law LAURE since 1996. In 2008, the european directive 2008/50/EC introduced measurement requirements and thresholds that should not be exceeded for certain pollutants on a european scale. According to several toxicological and epidemiological studies, air pollution causes respiratory failure, asthma, cardiovascular diseases and cancers. In Europe, air pollution is responsible for more than 300 000 early deaths a year.Volatile organic compounds (VOCs), particularly benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX compounds) are proven pollutants and play a major role in the degradation of indoor and outdoor air quality. This thesis is dedicated to the development of a metal oxide based multi-gas sensor for the detection of traces of BTEX within the framework of the SMARTY project (SMart AiR qualiTY). A complete electrical characterization system was designed and implemented for the detection of sub-ppm concentrations of BTEX.Based on the state-of-art, several materials were selected (WO3, ZnO, SnO2). The electrical characterizations of the selected sensitive layers were carried out under dry air and under different humidity levels in the presence of BTEX and interfering gases (NO2, CO2). Tungsten oxide (WO3) exhibits the best performance in the presence of moisture and is chosen for the technology transfer that accompanies the new patented AMU transducers. The WO3-based multi-sensor has a lower limit of detection (LOD) of 1 ppb at 50% relative humidity and effectively detects and quantifies BTEX
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Matei, Ghimbeu Camelia. "Elaboration et caractérisation de couches mince d'oxydes métalliques pour la détection de gaz polluants atmosphériques." Thesis, Metz, 2007. http://www.theses.fr/2007METZ050S/document.
Анотація:
La demande de capteurs de gaz performants simples, petits, et de faible coût est d'un grand intérêt si l'on prend en considération les problèmes de santé et d'environnement. C'est pourquoi nous avons décidé de développer la fabrication de couches minces d'oxydes métalliques semiconducteurs, qui présentent une bonne affinité vis-à-vis de beaucoup de gaz polluants, mais, qui, cependant, présentent un problème de sensibilité croisée et, qui, aussi, doivent fonctionner à températures élevées. Ces couches minces (SnO2, SnO2 dopé cuivre, WO3, In2O3, In2O3 dopé étain, ZnO) ont été déposées sur des plaquettes d'alumine recouverte partiellement de platine à l'aide d'une nouvelle technique de déposition: le Spray électrostatique, qui permet une grande flexibilité des paramètres de déposition (température, débit, vitesse du flux,…..). La Microscopie Electronique en Balayage et en Transmission ont révélé une nano structure homogène dont la morphologie présente la porosité désirée. Les analyses par Dispersion et Diffraction de Rayons X, ainsi que la spectroscopie Raman ont montré que ces couches minces ont obtenu la cristallinité désirée, ainsi qu'une bonne pureté, pour l'emploi en capteurs de gaz. Nous avons alors évalué les performances des couches minces pour la détection de différents gaz polluants de nature réductrice ou oxydante: H2S, SO2, NO2. De toutes les compositions étudiées, c'est l'oxyde d'étain dopé de 1% de cuivre (Cu-SnO2) qui s'est montré le plus sensible pour la détection de H2S, à basse température, sans présenter de sensibilité croisée aux deux autres gaz. Les couches minces d'oxyde de tungstène (WO3) présentent la meilleure sensibilité pour NO2, à 150°C, de toutes les compositions. Malheureusement, la réponse à NO2 interfère avec la réponse à H2S. Pour lever cette ambiguïté, on peut utiliser des couches minces d'oxyde de zinc (ZnO), qui présente une très grande sensibilité à NO2, par rapport à SO2 et H2S. Enfin, nous avons trouvé que toutes les compositions de couches minces étaient pratiquement insensibles à SO2. Sur la base de ces résultats, nous pouvons proposer la conception d'une matrice miniaturisée de capteurs permettant de détecter et de quantifier un mélange des gaz H2S/NO2The demand of simple, small, low cost and performing gas sensors for the detection of pollutant gases is of great interest taking into consideration the health and environmental problems. For this purpose we decided to develop thin films of metal oxide semiconductors which present a good affinity to many pollutant gases, but, which, however present a problem of cross-sensitivity and, additionally, which must work at elevated temperatures. These thin films (SnO2, Cu-doped SnO2, WO3, In2O3, Sn-doped In2O3 and ZnO) have been deposited on Pt- partially coated alumina using a novel innovative technique, i.e., Electrostatic Spray Deposition allowing easy deposition parameter (temperature, flow rate, time etc.) variation. Homogeneous, nano-structured films with desired porous morphology have been obtained as revealed by Scanning Electron Microscopy and Transmission Electron Microscopy techniques. The microstructure studied using Energy Dispersive X-ray Analysis, X-ray Diffraction respectively Raman spectroscopy methods showed that we have successfully obtained the desired crystallinity and a good purity of the films for gas sensor use. The sensing performance of the films to different oxidizing and reducing pollutant gases (H2S, SO2 and NO2) has been yet evaluated. From all the studied films, the 1% Cu-doped SnO2 ones proves to be the most sensitive for the detection of H2S at low operating temperatures and furthermore present no cross-sensitivity for the two other gases. WO3 films presents the highest sensitivity to NO2 at 150°C compared with all the other composition films, but unfortunately the NO2 response interferes with the H2S response. To avoid this ambiguity, we can use ZnO films, which present a very high sensitivity to NO2 compared to SO2 and H2S response. Additionally, all the films were almost insensitive to SO2. On the base of these results we can propose the conception of a competitive miniaturized sensor array dedicated to detect and to quantify a H2S/NO2 mixture
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Zadnik, Martin. "Détection du cliquetis pour moteur automobile." Toulouse 3, 2007. http://thesesups.ups-tlse.fr/206/.
Анотація:
Le cliquetis dans les moteurs automobiles est un phénomène parasite de combustion anormale avec de nombreuses conséquences néfastes. Cette thèse concerne de nouvelles techniques de traitement du signal issu du capteur cliquetis afin d'améliorer la détection. Dans un premier temps, nous analysons les caractéristiques du signal cliquetis par des méthodes temps-fréquence. Ensuite, l'utilisation de réseaux neuronaux est envisagée pour essayer de reconstruire le signal de pression intra-cylindre, car celui-ci est un meilleur indicateur du phénomène. La partie majeure de la thèse étudie différents détecteurs du cliquetis en se basant sur un modèle paramétrique du signal. Nous proposons plusieurs méthodes robustes, d'une part pour réduire la charge calculatoire et d'autre part pour rendre le traitement tolérant vis-à-vis de la connaissance imprécise des fréquences de résonance spécifiques au cliquetis. Nous effectuons le calcul des performances théoriques des différents détecteurs ainsi qu'une application de ces détecteurs aux signaux réels.Knocking in automobile engines is a parasite phenomenon of abnormal combustion with several harmful consequences. This thesis is concerned with new techniques of knock sensor signal processing whose aim is to improve the detection. We first analyse the knock signal properties by means of time-frequency methods. Further on, the use of neural networks is considered in order to try to reconstruct the in-cylinder pressure signal, since this one better indicates the phenomenon. In the main part of the thesis, different knock detectors are studied, based on a parametric signal model. We propose various robust methods, on one hand to reduce the computational cost and on the other hand to assure a processing that is tolerant to imprecisely known knock- specific resonant frequencies. We derive theoretical detection performance of different detectors as well as apply these detectors on real signals
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Erades, Laurent. "Nanoparticules d'oxydes semi-conducteurs : synthèse, caractérisation et application à la détection sélective de gaz." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30031.
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Saadi, Lama. "Etude de l'adsorption des molécules simples sur WO3 : application à la détection des gaz." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4346/document.
Анотація:
L'équipe micro-capteurs de l'IM2NP développe des capteursde gaz dont le principe de détection est basé sur la mesure de la variationde la conductance en présence de gaz. Le matériau utilisé comme élémentsensible est l'oxyde de tungstène (WO3) en couches minces. L'objet de cettethèse est donc d'étudier la surface de WO3 dans sa reconstruction c(2x2),obtenue par clivage selon la direction [001]. Cette étude a été également suivied'une étude des lacunes par des calculs ab initio basés sur la DFT, dans lesdeux approximations LDA et GGA. Ensuite, l'dsorption de molécules de gazsimples (O3, COx, NOx) sur des surfaces plus ou moins riches en oxygènea été effectuée. Pour simuler ces systèmes, nous avons fait le choix du codeSIESTA basé sur la DFT et qui présente l'avantage de pouvoir travaillerThe team of micro sensors at IM2NP mainly focuses onthe development of gas sensors based on measurement in conductancevariation in presence of gas. The material used as sensitive element istungsten oxide (WO3) thin film. The objective of present thesis is to studythe surface properties of WO3 in its reconstruction c(2x2), obtained bycleavage along the [001] direction. This study is also followed by a gapanalysis using ab initio calculations based on DFT in both LDA andGGA approximations. Then, the adsorption of molecules of simple gases((O3, COx NOx) for these surfaces (more or less rich in oxygen), is performed.To simulate these systems, we have chosen the SIESTA code based onDFT which is used for the larger number of atoms as compared to other codes
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Maulion, Geoffrey. "Conception, fabrication et caractérisation de composants photoniques innovants appliqués à la détection de gaz." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS063/document.
Анотація:
La détection de gaz suscite depuis une dizaine d'années, un intérêt grandissant voir galopant, cela pour diverses raisons : environnementales, de santé publique, de sécurité (Hommes et infrastructures), etc... Ce dynamisme a pour conséquence un besoin de renouvellement et de perfectionnement des moyens de détection, qui croît à mesure que les normes existantes et les secteurs d'application respectivement, se complexifient et se diversifient. Une telle frénésie entraîne naturellement l'augmentation du nombre de projets de recherche sur cette thématique : le projet ANR PEPS, débuté en 2010, est l'un d'entre-eux. Acronyme de "Pellet Photonique Sensor", il vise à démontrer la faisabilité d'une plateforme de détection photonique multi-gaz exploitant l'effet thermo-optique, grâce à la combinaison de deux éléments centraux : des nanopoudres catalytiques sélectives aux gaz visés (dihydrogène ou monoxyde de carbone) et un composant photonique planaire très sensible aux variations d'indice de réfraction. Ce manuscrit est principalement consacré à la conception (sélection et optimisation) du composant photoniqueFor about a decade, gas detection has known a tremendous interest, due to several reasons: environmental issues, public health, people and building safety, etc... This trend, triggered a spectacular and sustainable need of gas detection means improvement and development, which has grown with both standards sophistication and scope extension. As a matter of fact, the number of research projects related to this particular topic increased: PEPS ANR project, begun in 2010, is one of them. This research project, which is the acronym of Pellet Photonique Sensor, aim at developing a photonic multigas detection system based on thermo-optical effect, thanks to the combination of on one hand, catalitic nanopowders which react selectively with the target gas (hydrogen or carbon monoxide) and on the other hand, an high sensitive to refractive index variations planar photonic component. This thesis manuscript mostly treats of the photonic component design (choice and optimization)
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Le, Lirzin Youen. "Capteurs pour la détection de gaz neurotoxiques utilisant une transition d'ancrage de cristaux liquides." Electronic Thesis or Diss., Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2024. http://www.theses.fr/2024IMTA0399.
Анотація:
L'utilisation récente d'agents neurotoxiques dans les conflits ou la menace terroriste nécessite le développement d'un capteur de gaz portable et efficace. Abbott et al. ont conçu un capteur de gaz utilisant des ions cuivriques (Cu2+) coordonnés avec des cristaux liquides nématiques (CL) et les orientant en position homéotrope. En présence de gaz organophosphoré (liaison P=O), la structure cristalline passe d’une orientation homéotrope à planaire en raison d’une force de coordination préférentielle du gaz pour l’ion Cu2+. Cette différence peut être observée entre polariseurs croisés. Plusieurs défis technologiques doivent être soulignés : lorsque les ions cuivriques sont déposés sur un substrat, un démouillage des CL se produit et augmente avec la concentration des ions en surface. De plus, ces ions se dissolvent dans le CL avec le temps, conduisant éventuellement à l’apparition d’une double couche électrique bloquant le transducteur dans une orientation ou l'autre. Ici, nous présentons des méthodes de stabilisation de des techniques de fabrication pour améliorer la durée de vie des capteurs. Celles-ci incluent la formation de grille, la fonctionnalisation de surface, l'impression jet d’encre et les stratégies de stockage. Des mesures électriques et optiques de la transition des CL ont été réalisées. Une concentration allant jusqu'à 1 ppm du simulant DMMP a été détectée avec succès. Enfin, la nécessité d'un dispositif portable motive le développement d'un transducteur optique pour effectuer des mesures sur le terrainRecent use of neurotoxic agent in terrorist attacks or their threat in chemical warfare requires the development of a lightweight and efficient chemical sensor. Abbott et al. designed a gas sensor using copper ions (Cu2+) coordinated with nematic liquid crystals (LC) anchoring them in a homeotropic orientation. When the surface is exposed to organophosphorus gas (with P=O bond), the crystal structure evolves from homeotropic to planar orientation due to preferential coordination forces of the organophosphorus gas toward Cu2+. The difference can be observed between crossed polarizers. Few technological challenges should be pointed out : when copper ions are coated on the substrate, LC dewetting occurs and increase with surface ions concentration. Furthermore, copper ions dissolve in LC over time, eventually leading to an electric double layer locking the transducer in one orientation or the other. Here, we present the stabilization method and the fabrication technique to further increase the lifetime of sensors. These include grid formation, surface functionalization, jet printing and storage strategies. Both electrical and optical measurement of LC transition have been performed. A concentration up to 1 ppm of the simulant DMMP has been successfully detected. Finally, the need for a wearable device motivate the development of an optical transducer to perform on-field measurement
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Matei, Ghimbeu Camelia. "Elaboration et caractérisation de couches mince d'oxydes métalliques pour la détection de gaz polluants atmosphériques." Electronic Thesis or Diss., Metz, 2007. http://www.theses.fr/2007METZ050S.
Анотація:
La demande de capteurs de gaz performants simples, petits, et de faible coût est d'un grand intérêt si l'on prend en considération les problèmes de santé et d'environnement. C'est pourquoi nous avons décidé de développer la fabrication de couches minces d'oxydes métalliques semiconducteurs, qui présentent une bonne affinité vis-à-vis de beaucoup de gaz polluants, mais, qui, cependant, présentent un problème de sensibilité croisée et, qui, aussi, doivent fonctionner à températures élevées. Ces couches minces (SnO2, SnO2 dopé cuivre, WO3, In2O3, In2O3 dopé étain, ZnO) ont été déposées sur des plaquettes d'alumine recouverte partiellement de platine à l'aide d'une nouvelle technique de déposition: le Spray électrostatique, qui permet une grande flexibilité des paramètres de déposition (température, débit, vitesse du flux,…..). La Microscopie Electronique en Balayage et en Transmission ont révélé une nano structure homogène dont la morphologie présente la porosité désirée. Les analyses par Dispersion et Diffraction de Rayons X, ainsi que la spectroscopie Raman ont montré que ces couches minces ont obtenu la cristallinité désirée, ainsi qu'une bonne pureté, pour l'emploi en capteurs de gaz. Nous avons alors évalué les performances des couches minces pour la détection de différents gaz polluants de nature réductrice ou oxydante: H2S, SO2, NO2. De toutes les compositions étudiées, c'est l'oxyde d'étain dopé de 1% de cuivre (Cu-SnO2) qui s'est montré le plus sensible pour la détection de H2S, à basse température, sans présenter de sensibilité croisée aux deux autres gaz. Les couches minces d'oxyde de tungstène (WO3) présentent la meilleure sensibilité pour NO2, à 150°C, de toutes les compositions. Malheureusement, la réponse à NO2 interfère avec la réponse à H2S. Pour lever cette ambiguïté, on peut utiliser des couches minces d'oxyde de zinc (ZnO), qui présente une très grande sensibilité à NO2, par rapport à SO2 et H2S. Enfin, nous avons trouvé que toutes les compositions de couches minces étaient pratiquement insensibles à SO2. Sur la base de ces résultats, nous pouvons proposer la conception d'une matrice miniaturisée de capteurs permettant de détecter et de quantifier un mélange des gaz H2S/NO2The demand of simple, small, low cost and performing gas sensors for the detection of pollutant gases is of great interest taking into consideration the health and environmental problems. For this purpose we decided to develop thin films of metal oxide semiconductors which present a good affinity to many pollutant gases, but, which, however present a problem of cross-sensitivity and, additionally, which must work at elevated temperatures. These thin films (SnO2, Cu-doped SnO2, WO3, In2O3, Sn-doped In2O3 and ZnO) have been deposited on Pt- partially coated alumina using a novel innovative technique, i.e., Electrostatic Spray Deposition allowing easy deposition parameter (temperature, flow rate, time etc.) variation. Homogeneous, nano-structured films with desired porous morphology have been obtained as revealed by Scanning Electron Microscopy and Transmission Electron Microscopy techniques. The microstructure studied using Energy Dispersive X-ray Analysis, X-ray Diffraction respectively Raman spectroscopy methods showed that we have successfully obtained the desired crystallinity and a good purity of the films for gas sensor use. The sensing performance of the films to different oxidizing and reducing pollutant gases (H2S, SO2 and NO2) has been yet evaluated. From all the studied films, the 1% Cu-doped SnO2 ones proves to be the most sensitive for the detection of H2S at low operating temperatures and furthermore present no cross-sensitivity for the two other gases. WO3 films presents the highest sensitivity to NO2 at 150°C compared with all the other composition films, but unfortunately the NO2 response interferes with the H2S response. To avoid this ambiguity, we can use ZnO films, which present a very high sensitivity to NO2 compared to SO2 and H2S response. Additionally, all the films were almost insensitive to SO2. On the base of these results we can propose the conception of a competitive miniaturized sensor array dedicated to detect and to quantify a H2S/NO2 mixture
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Brecq, Guillaume. "Contribution à la caractérisation thermodynamique du cliquetis dans les moteurs à gaz : application à de nouvelles méthodes de détection." Nantes, 2002. http://www.theses.fr/2002NANT2064.
Анотація:
Le gaz naturel représente un carburant prometteur alliant performances énergétiques et faibles émissions polluantes. Contrairement aux carburants liquides dont la qualité est maîtrisée, celle du gaz naturel dépend de son origine et est donc amenée à varier dans un réseau interconnecté. Pour des réglages prédéfinis du moteur, ces variations de qualité peuvent conduire à une combustion anormale (auto-inflammation de la charge fraiche. Ce phénomène, caractérisé par un bruit métallique, est appelé cliquetis. Un cliquetis intense provoque une dégradation des performances et conduit à des dégats importants, s'il n'est pas rapidement contrôlé. Le cliquetis constitue un obstacle pour l'optimisation des performances énergétiques des moteurs à gaz couplée à la réduction de la pollution atmosphérique. Le développement d'outils permettant sa maîtrise est l'objectif visé par ce travail. Dans cette optique, un modèle thermodynamique à "deux zones" a été développé et adapté à la caractérisation du cliquetis. Il est basé sur une loi comportementale de la combustion, fonction des paramètres moteur et de la qualité du gaz. . .
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Alrammouz, Rouba. "Conception et réalisation d’un système de détection de gaz à faible coût sur substrat flexible." Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTS134.
Анотація:
Les préoccupations actuelles de protection de l’environnement et de la santé publique se focalisent sur la qualité de l’air dans l’industrie, les villes et foyers domestiques. De nos jours, les capteurs de gaz sur papier présentent un intérêt croissant au vu de leur faible coût, leur biodégradabilité, leur flexibilité, et leurs applications dans les textiles, les pansements et les emballages intelligents.L’oxyde de graphène (GO) est un dérivé du graphène qui présente des propriétés électriques, mécaniques et thermiques exceptionnelles. Ce matériau est très prometteur pour le développement de capteurs de gaz peu chers et fonctionnant à température ambiante.Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif d’intégrer une couche sensible d’oxyde de graphène dans un papier poreux pour la détection de gaz. La première partie de ce travail est consacrée à la mise au point et à l’optimisation d’un processus de fabrication et de fonctionnalisation de capteurs capacitifs poreux sur papier. Un nouveau processus de réduction locale d’oxyde de graphène sur papier en électrodes est également introduit. Il s’agit de la thermocompression, économique et compatible avec la fabrication grande échelle.La seconde partie du travail porte sur l’étude des propriétés de détection d’humidité et d’ammoniac des capteurs. L’oxyde de graphène sur papier, présente une sensibilité élevée à l’ammoniac, l’humidité étant un gaz interférent. La réduction locale du GO en électrodes, et sa fonctionnalisation par de l’oxyde de zinc augmentent la sensibilité et la sélectivité des capteurs à l’humidité. Les capteurs fabriqués sont répétables, stables, reproductibles et flexiblesCurrent concerns for environmental protection and public health focus on air quality in industries, cities and households. Nowadays, paper-based gas sensors are of increasing interest due to their low cost, biodegradability, flexibility and applications in e-textiles, e-dressings and e-packaging.Graphene oxide is a derivative of graphene with exceptional electrical, mechanical and thermal properties. Graphène oxide is a promising material for the development of low-cost room temperature gas sensors.In this context, this thesis aims to integrate a graphene oxide sensing layer inside a porous paper substrate for humidity and ammonia detection. The first part of this work focuses on the fabrication, functionalization and optimization of capacitive porous gas sensors on paper. A new local reduction process of graphene oxide into electrodes is introduced. The process is hot-plating, a low cost technique compatible with large scale productionThe second part of this work studies the humidity and ammonia sensing capabilities of the sensors. Graphene oxide on paper exhibits a high sensitivity towards ammonia, with humidity as an interfering gas. The local reduction of graphène oxide into electrodes, and its functionalization with zinc oxide increased the sensitivity and selectivity of the device towards humidity. The fabricated sensors exhibit a good repeatability, reproducibility and flexibility
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Mas, Adrien. "Etude et développement de caméras infrarouge multispectrales à acquisition simultanée pour la détection de gaz." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP001.
Анотація:
L’émission accidentelle de gaz sur des sites industriels ou l’utilisation d’armes chimiques peuvent avoir des conséquences dramatiques. Bertin Technologies commercialise une caméra multispectrale infrarouge utilisant un détecteur non-refroidi appelée Second Sight permettant de détecter de nombreux gaz. Cependant, l’acquisition temporelle des images spectrales est un frein pour une utilisation sur porteurs mobiles (véhicules, drones…). L’objet de la thèse a donc été d’étudier plusieurs concepts de caméras multispectrales à acquisition simultanée utilisant un seul détecteur non-refroidi. J’ai travaillé sur deux concepts d’architectures optiques : une architecture basée sur l’utilisation d’un kaléidoscope et une architecture multivoies inspiré de l’architecture TOMBO. L’architecture kaléidoscope a l’avantage d’utiliser de manière optimale le détecteur pour de fortes ouvertures et pour une grande variété de champs de vue. Elle est cependant encombrante et la fonction multispectrale reste délicate à intégrer. L’architecture multivoie, quant à elle, est très compacte et facilement adaptable à des applications multispectrales mais un compromis entre le champ de vue et l’ouverture doit être trouvé. Nous avons choisi cette architecture comme successeur de la Second Sight et j’ai pu réaliser un démonstrateur. Enfin, un modèle radiométrique a été développé pour comparer les différentes caméras et j’ai montré que la caméra TOMBO pouvait avoir de meilleures performances que la Second Sight grâce à l’acquisition simultanée des images multispectralesThe accidental emission of gas in an industrial platform or the use of chemical weapons can have dramatic consequences. Bertin Technology commercialize an infrared multispectral camera using an array of uncooled detectors and called Second Sight allowing the detection of numerous gas. However, the temporal acquisition of spectral images is a limitation for a use on mobile platforms (vehicles, drones...). Therefore, the purpose of my PhD was to study several concepts of snapshot multispectral cameras using a single array of uncooled detectors. I worked on two concepts of optical architectures: a kaleidoscope-based design and a multichannel design inspired by the TOMBO architecture. The kaleidoscope-based camera can use optimally the focal plane array while having an important aperture and a great range of Fields of View. However, it has an important footprint and the implementation of the multispectral function is not obvious. By comparing, the multichannel architecture can be very compact and easily adaptable for multispectral applications but a compromise between its aperture and its Field Of View is necessary. Following these studies, the TOMBO multichannel design was chosen as the successor of the Second Sight and I could make a first demonstrator. Finally, a radiometric model was developed to compare the different cameras and I showed that the TOMBO camera could have better performances than the Second Sight thanks to its snapshot feature
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Bizet, Laurent. "Spectrométrie laser avec sources moyen infrarouge largement accordables et application à la détection de gaz." Thesis, Reims, 2019. http://www.theses.fr/2019REIMS010/document.
Анотація:
La détection de gaz est un domaine d’intérêt pour de nombreuses applications telles que la surveillance de la pollution atmosphérique, la détection d’explosifs, l’analyse des émissions respiratoire de patients, etc... La spectrométrie par lasers accordables permet la réalisation d’instruments compacts et bénéficiant de performances élevées (sélectivité, résolvance et résolution temporelle). Par ailleurs, l’utilisation de lasers à cascade quantique (QCL) permet d’accéder au moyen infrarouge (Mid-IR), où les raies d’absorption des molécules d’intérêt sont plus intenses, ce qui améliore la sensibilité des dispositifs. Les travaux de cette thèse ont porté sur le développement de dispositifs basés sur des QCL pour la détection de gaz. La première partie des travaux porte sur l’exploitation de nouvelles sources Mid-IR telles que les barrettes de QCL multiplexées et les barrettes de QCL cohérents. La seconde partie concerne le développement d’un dispositif intracavité sur lequel une technique de détection par mesure de la tension du laser a été validée. Cette technique possède l’avantage de ne pas nécessiter de détecteur optique et de fonctionner quelle que soit la longueur d’onde du laserThe field of gas detection is interesting for many applications such as monitoring of air pollution, explosives detection, breath analysis, etc. Tunable laser spectrometry allows to create compact instruments with high performances (selectivity, spectral and temporal resolution). Mid-Infrared (Mid-IR) region can be accessed with the use of Quantum Cascade Laser (QCL). In this region, absorption lines of the molecules of interest are more intense, which improves the devices sensitivity. The work presented in this thesis is focused on the development of QCL-based gas detection devices. First part presents the use of new Mid-IR sources such as multiplexed QCL array and coherent QCL array. Second part is focused on the development of an intracavity setup and a detection technique based on the QCL voltage measurement. This technique does not need the use of an optical detector and can be performed whatever the laser wavelength
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Gorintin, Louis. "Etude et réalisation de transistors à nanotubes de carbone pour la détection sélective de gaz." Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://pastel.hal.science/docs/00/69/50/13/PDF/These_Louis_Gorintin.pdf.
Анотація:
Ce travail de thèse porte sur la réalisation d'un capteur d'espèces chimiques gazeuses à partir de transistors à nanotubes de carbone à effet de champs (i. E. CNTFET). Cette nouvelle génération de capteurs présente de nombreux avantages : compacts et bas coût, ils peuvent être intégrés dans des systèmes de détection ultrasensibles et autonomes. Ils sont destinés à des applications de sécurité civile ponctuelle ou en réseau comme la détection de gaz d'attaque ou d'explosifs. Nous proposons la réalisation de transistors à tapis aléatoires de nanotubes de carbone. L'utilisation de ces tapis permet de résoudre les problèmes de fabrication en quantité et de reproductibilité rencontrée avec les transistors à un seul nanotube. La première partie de nos travaux repose sur la mise au point d'une méthode de dépôt de tapis de nanotubes à l'aide d'un aérographe assisté d'un robot automatisé: des poudres commerciales de nanotubes de carbone sont mises en solution puis déposées de manière aléatoire par atomisation de micro gouttes de solvant. Les tapis ainsi obtenus permettent de réaliser en grand nombre de transistors avec des performances électriques reproductibles. La seconde partie présente le développement d'une matrice de transistors composée par des électrodes de différente nature (platine, palladium, or, nickel, titane) afin de répondre au problème de la sélectivité pour la détection gazeuse rencontré par ce type de dispositif. Ainsi nous discriminons les gaz en réalisant une empreinte électronique exploitant la modification spécifique des caractéristiques des différentes jonctions métal/nanotubes, et donc des caractéristiques de transfert des CNTFETs. Notre capteur présente une sensibilité et une sélectivité à l'ammoniac, au dioxyde d'azote, au diméthyle methylphosphonate (simulant du gaz sarin) et à l'eau oxygénée. La production en grand nombre de ces éléments permet de valider le potentiel industriel de ces capteursThis work focuses on sensor based on carbon nanotube field effect transistors (i. E. CNTFETs) modulated chemically. This new generation of sensors has many advantages: compact and inexpensive, they can be integrated in ultrasensitive and autonomous detection systems. The civilian security market is targeted, particularly punctual and network detection of warfare and explosive agent. In order to achieve a scalable and highly reproducible fabrication, which is not possible for a single carbon nanotube transistor, we propose to achieve CNTFETs using random mats of Single Wall carbon nanotubes (CNT). The first part of our work has dealt with the development of a deposition method of CNT mats using an airbrush technique assisted by an automated robot. Commercial carbon nanotubes powders are dispersed in a specific solvent and then deposited randomly by atomization of micro droplets on a hot substrate. The random mats obtained with this technique are extremely uniform (density) and allow to achieve arrays of CNTFETs with reproducible electrical characteristics. The second part has concerned the development of an array of CNTFETs with different metal electrodes (platinum, palladium, gold, nickel, titanium) to address the problem of selectivity of this kind of device. We identify a sort of electronic fingerprinting exploiting the specific interaction of each gas with each metal/SWCNTs junction. This interaction changes in an extremely specific way the transfer characteristics of the CNTFETs. We have demonstrated a sensitivity and selectivity to ammonia, nitrogen dioxide, and dimethyl methylphosphonate (sarin gas simulant) and hydrogen peroxide. These devices, thanks to their relatively low cost fabrication and high selectivity, have the potential to strike the market within a few years
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Gorintin, Louis. "Etude et réalisation de transistors à nanotubes de carbone pour la détection sélective de gaz." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00695013.
Анотація:
Ce travail de thèse porte sur la réalisation d'un capteur d'espèces chimiques gazeuses à partir de transistors à nanotubes de carbone à effet de champs (i.e. CNTFET). Cette nouvelle génération de capteurs présente de nombreux avantages : compacts et bas coût, ils peuvent être intégrés dans des systèmes de détection ultrasensibles et autonomes. Ils sont destinés à des applications de sécurité civile ponctuelle ou en réseau comme la détection de gaz d'attaque ou d'explosifs. Nous proposons la réalisation de transistors à tapis aléatoires de nanotubes de carbone. L'utilisation de ces tapis permet de résoudre les problèmes de fabrication en quantité et de reproductibilité rencontrée avec les transistors à un seul nanotube. La première partie de nos travaux repose sur la mise au point d'une méthode de dépôt de tapis de nanotubes à l'aide d'un aérographe assisté d'un robot automatisé: des poudres commerciales de nanotubes de carbone sont mises en solution puis déposées de manière aléatoire par atomisation de micro gouttes de solvant. Les tapis ainsi obtenus permettent de réaliser en grand nombre de transistors avec des performances électriques reproductibles. La seconde partie présente le développement d'une matrice de transistors composée par des électrodes de différente nature (platine, palladium, or, nickel, titane) afin de répondre au problème de la sélectivité pour la détection gazeuse rencontré par ce type de dispositif. Ainsi nous discriminons les gaz en réalisant une empreinte électronique exploitant la modification spécifique des caractéristiques des différentes jonctions métal/nanotubes, et donc des caractéristiques de transfert des CNTFETs. Notre capteur présente une sensibilité et une sélectivité à l'ammoniac, au dioxyde d'azote, au diméthyle methylphosphonate (simulant du gaz sarin) et à l'eau oxygénée. La production en grand nombre de ces éléments permet de valider le potentiel industriel de ces capteurs.
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Donero, Laeticia. "Développement de micro-capteur et de nano-matériaux pour des applications de détection en milieu liquide." Thesis, Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017NANT4003/document.
Анотація:
Cette thèse est réalisée dans le cadre d'un partenariat entre deux laboratoires : l'IMN (Institut des Matériaux de Nantes), spécialisé dans l'élaboration de matériaux et l'IETR (Institut d’Electronique et télécommunications), pour ses compétences en microtechnologies et microcapteurs. L'objectif de cette thèse est de développer des microcapteurs originaux intégrant des nanomatériaux dans le but d'augmenter les sensibilités de détection, en particulier en milieu liquide. Les microcapteurs développés à l'IETR sont basés sur des transistors à effet de champ de type " bottom gate " et "dual gate". Dans un premier temps, nous nous sommes focalisés sur l'optimisation du procédé technologique de réalisation des capteurs afin d'obtenir les meilleures caractéristiques électriques pour notre application. Les mesures de détection en utilisant des milieux liquides de différents pH ont été explorées. Une seconde partie du projet, réalisée à l’IMN, a été le développement de nanomatériaux : nanotubes de carbone et couches minces nanoporeuses de carbone. Les études ont porté sur la croissance des nanotubes de carbone déposés par PECVD ainsi que sur l’élaboration des couches nanoporeuses . Ces dernières sont obtenues par dépôt de couches minces composites cuivre/carbone par copulvérisation cathodique magnétron suivi d’une gravure chimique du cuivre. Par la suite, des essais préliminaires d’intégration de ces nanomatériaux carbonés ainsi que de nanofils de silicium ont été réalisés afin de confirmer la compatibilité des procédés de synthèse avec le fonctionnement du dispositifThis thesis is carried out within the framework of a partnership between two laboratories: IMN (Institute of Materials of Nantes), specialized in the elaboration of materials and IETR (Institute of Electronics and Telecommunications) specialized in microtechnologies and microsensors. The objective of this work is to develop original microsensors integrating nanomaterials, in order to obtain charge sensors with high sensitivities, especially in liquid media. The microsensors developed at the IETR are based on "bottom gate" and dual gate field effect transistors. Initially, we focused on the optimization of the technological process of the sensors to obtain the best electrical characteristics for our applications. Detection measurements using different pHs are explored. A second part of the project, carried out at the IMN, was the development of nanomaterials: carbon nanotubes and nanoporous carbon thin films. The studies have focused on the growth of carbon nanotubes deposited by PECVD and on the development of nanoporous layers. The last layers are obtained by depositing copper / carbon composite thin films by magnetron cathodic cosputtering followed by chemical etching of the copper. Subsequently, preliminary tests of integration of these carbon nanomaterials as well as of silicon nanowires were carried out to confirm the compatibility of the synthesis processes with the operation of the device
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Possas, Abreu Maira. "Conception et développement des réseaux de capteurs MEMS en silicium et en diamant pour la détection de vapeurs." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1062/document.
Анотація:
Les systèmes multi-capteurs intelligents de gaz (ou nez électroniques), sont déjà déployés dans des domaines aussi divers que la parfumerie, l'industrie alimentaire, la surveillance de l'environnement et à des fins militaires et médicaux. La collaboration engagée dans le cadre du Projet Européen SNIFFER, s'est focalisée sur le développement d'un système type nez-électronique innovant basé sur des capteurs MEMS combinés à des bio-récepteurs olfactifs pour la détection de substances illicites. Dans un autre contexte et ce, dans une démarche interne à ESIEE-Paris, nous avons aussi choisi d'élargir le sujet à la conception d'un système multi-capteurs pour une application en détection de composés organiques volatils.Ainsi, dans la perspective d'une amélioration des technologies par l'utilisation de capteurs MEMS, cette thèse traite de la conception, la fabrication et la caractérisation de capteurs de type micro-poutre résonante en silicium et en diamant et également de la preuve de concept d'un système multi-capteur pour la détection de gaz. Si le choix du silicium en tant que matériaux pour la fabrication de nos capteurs a pour avantage l'énorme éventail de connaissances disponible, le diamant fait sa place dans le monde de la microtechnologie grâce à ses remarquables propriétés physiques et chimiques. Même si certaines études portant sur le développement de dispositifs et de procédés MEMS en diamant sont décrites dans la littérature, une comparaison entre les performances des deux matériaux pour le développement d'un même capteur n'a jamais été étudiée. En conséquence, cette thèse est axée sur l'utilisation de ces deux matériaux pour la conception de micro-poutres résonantes, afin d'établir des éléments de comparaison pour les deux technologies.Dans un premier temps, nous avons mis en place des procédés de micro-structuration du diamant développés auparavant dans notre laboratoire afin de les optimiser pour une fabrication totalement compatible avec les techniques de salle blanche et indépendante des variations des conditions de synthèse du diamant. Nous avons, pour la première fois, réalisé des micro-poutres en diamant avec des jauges en silicium polycristallin intégrées. Nous avons caractérisé le module d'Young du diamant en utilisant deux méthodes différentes aboutissant dans le cas le plus précis à la valeur de 1080 GPa. Ensuite, la sensibilité massique des poutres en silicium et en diamant fabriquées a été évaluée. Dans le meilleur des cas, et pour des fréquences de résonance très proches, les poutres en silicium présentent une sensibilité de 89 Hz/ng tandis que pour les poutres en diamant, la sensibilité s'élève à 212 Hz/ng. Nous avons également observé que pour des faibles variations de masse, l'impact de l'ajout de masse sur le coefficient de qualité des poutres était plus critique pour les structures en silicium.Finalement, une preuve de concept de l'utilisation du système multi-capteur à base de micro-poutres en silicium et en diamant pour la détection de composés organiques volatils a été mise en place. Nous avons démontré la détection de plusieurs composés dans des concentrations de l'ordre de la dizaine de ppm de manière totalement automatique et sans recours à des instruments de mesure. Les résultats de ces détections forment une base de données à partir de laquelle nous avons, par l'application de méthodes statistiques multivariées, abouti à la discrimination des composés testésSmart multi-sensor systems for gas detection (or electronic noses), are already deployed in areas as diverse as cosmetics and food industry, environment monitoring and military and medical purposes. The ongoing collaboration within the European SNIFFER Project, focused on the development of an innovative electronic nose-like system based on MEMS sensors combined with olfactory bioreceptors for the detection of illicit substances. In another context and, within an internal approach to ESIEE-Paris, we have also chosen to expand the topic to design a multi-sensor system for application in volatile organic compounds detection.Thus, in view of improving these technologies through the use of MEMS sensors, this manuscript comprehensively investigates the design, fabrication and characterization of silicon and diamond resonant micro-cantilevers sensors, and also presents a proof of concept of a multi-sensor system for gas detection. To date, silicon has been used as a building block of micro sensors, whose features are very well known and argued extensively in the literature. On the other hand, diamond as a unique material in terms of its superior physical and chemical properties, has been received attention in microelectronics. Although the realization of diamond MEMS sensors has been presented before, it has been never compared to silicon MEMS gas sensors. Therefore, to establish elements of comparison for the two technologies, this thesis aimed to use these two competitive materials as a building block of micro-cantilever based MEMS gas sensors.Firstly, we set up specific micro-machining processes for the realization of diamond patterns that have been previously developed in our laboratory in order to optimize them for a fully clean room compatible manufacturing, independent of changes in diamond synthesis conditions. We have, for the first time, realized diamond micro-cantilevers with integrated polysilicon gauges. The Young's modulus of diamond was characterized using two different methods resulting in the best case of the value as 1080 GPa. Then, the mass sensitivity of silicon and diamond microcantilevers was evaluated. In the best case, for sensors presenting very similar resonant frequencies, the silicon microcantilever have a sensitivity of 89 Hz / ng whereas for the diamond microcantilever, the sensitivity is 212 Hz / ng. It has been also observed that the impact of adding mass on the beam quality factor was more critical to the silicon structures for low mass load cases.Finally, a proof of concept for the use of the multi-sensor system based on silicon and diamond micro-cantilevers for the detection of volatile organic compounds was established. We demonstrated the detection of several compounds in concentrations of the order of tens of ppm in a fully automatic way and without the use of measuring instruments. The results of these detections form a database from which we resulted in the discrimination of the compounds tested by applying multivariate statistical methods
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Madon, Lydie. "Etude d'un dispositif destiné à la détection en continu d'aérosols métalliques dans l'air." Toulouse 3, 1996. http://www.theses.fr/1996TOU30035.
Анотація:
La plupart des metaux et de leurs composes chimiques sont particulierement toxiques pour la sante publique et l'environnement lorsqu'ils se trouvent sous la forme d'aerosols. Or les sources d'aerosols metalliques sont de plus en plus abondantes avec, notamment, le developpement du traitement thermique des dechets. Des normes tres strictes concernant les teneurs en aerosols de metaux lourds des rejets gazeux sont deja en vigueur et les valeurs limites des concentrations en metaux risquent d'etre encore diminuees. Actuellement, il n'existe pas de methode permettant d'effectuer les mesures de concentrations en particules metalliques dans l'air sur site et en temps reel. La methode qui est toujours utilisee consiste a pomper de tres grandes quantites d'air a travers des filtres qui sont ensuite analyses par les techniques classiques de spectroanalyse (emission ou absorption atomique). Face a ces constatations, un dispositif permettant le suivi en continu et en temps reel de la concentration d'elements metalliques directement dans l'atmosphere de zones a risques a ete concu. Le principe de cet appareil repose sur l'etude du spectre optique emis par un plasma sans electrodes du type plasma a couplage inductif (icp) cree a partir de l'air sous surveillance. La premiere partie de ce travail est consacree a l'analyse de la toxicite des metaux lourds sur la sante publique ; les normes de securite en vigueur et les techniques de detection actuelles sont decrites. Dans la deuxieme partie, nous presentons les differents elements de l'appareil. La troisieme partie est consacree a la description des methodes specifiques de determination de la temperature que nous avons utilisees. Ces methodes de diagnostic sont basees sur l'analyse des emissivites du monoxyde d'azote (no) et de l'hydroxyde (oh). Elles ont permis, en association avec le calcul des compositions a l'equilibre et hors equilibre des etats excites emetteurs et avec la simulation des bandes moleculaires, d'obtenir la temperature des particules lourdes atomiques ou moleculaires et des electrons. Dans la quatrieme partie, nous discutons des problemes lies a l'etalonnage et a la detection du signal des analytes pour ce type d'appareil. Nous presentons les limites de detection obtenues pour un certain nombre de metaux. Elles sont comparees aux concentrations maximales admissibles en vigueur et aux limites de detection obtenues par d'autres auteurs dont la preoccupation est la mise au point de methodes de controle en continu des metaux
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Blet, Vincent. "Etude d'un capteur à membrane gazeuse pour la détection d'espèces sensibles au pH." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1990. http://www.theses.fr/1990INPL031N.
Анотація:
L'objet de ce travail est la conception et l'étude d'un capteur à membrane gazeuse pour la détection d'espèces sensibles au pH. Cette étude est nécessitée par le manque actuel de systèmes fiables et sûrs permettant de doser simplement de telles espèces. L'étude théorique du transfert de ces espèces à travers le capteur proposé nous a permis, en régime stationnaire, de définir des points de fonctionnement intéressants. Cette modélisation a été validée pour l'ammoniac, l'acide sulfhydrique, cyanhydrique et le dioxyde de carbone, dont l'importance des suivis respectifs, dans de nombreux domaines industriels, est soulignée. L’étude théorique en régime transitoire est validée expérimentalement pour l'ammoniac et nous a permis, en particulier, d'établir une relation entre le temps de réponse du capteur et sa géométrie. Enfin, nous montrons, par des applications, toutes les potentialités de ce capteur et, en particulier, sa capacité à doser simplement et de manière fiable et sûre, des concentrations très faibles en espèces moléculaires sensibles au pH, sans aucune modification du milieu dans lequel il est immerge