Un Microsystème capteur à base d’une structure sensible composite dédié à la mesure sélective de benzène, toluène, xylènes – CAPBTX

Le projet CAPBTX a pour objectif la réalisation de microsystèmes capteurs de gaz conduisant à une métrologie sélective de cinq composés aromatiques homologues : benzène, toluène et xylènes (ortho, para, méta). Notre stratégie repose sur le choix d’une structure sensible composite intégrant des molécules macrocycliques (phtalocyanines, porphyrines, corroles) présentant des interactions privilégiées avec les composés aromatiques qu’on souhaite détecter. Afin de parvenir à une détection sélective, nous proposons de travailler à l’élaboration d’une structure sensible multi-membranes optimisée :nous souhaitons fonctionnaliser les macrocycles sites au sein de supports spécifiques poreux à base de polymères et/ou de nanocarbones, de façon à hiérarchiser les contraintes à l’adsorption. Ainsi, nous obtiendrons un panel de matériaux macrocycliques, qui, de proche en proche, excluront d’autant plus les interactions avec les molécules gazeuses aromatiques, du fait de leurs différences stériques, électroniques, d’hydrophobie et de lipophobie.
Trois modes de transduction complémentaires seront mis en œuvre :
- la microbalance à quartz impliquant des ondes de volume et donnant une information relative à la masse de gaz en interaction avec le matériau sensible,
- la variation de la conductivité électrique des couches minces de matériaux sensibles, relative aux variations de leurs paramètres électriques (concentration en charges électriques mobiles, constante diélectrique, mobilité des charges électriques,..) sous l’influence des gaz,
- mesure de la variation de la constante diélectrique de structures sensibles soumises à une sollicitation électromagnétique de type micro-onde sous l’influence des gaz.
Ces trois modes de transduction seront testés dans l’objectif de proposer une structure capteur aux paramètres métrologiques optimisés, et, en particulier afin d’accroître la sélectivité dans la détection.
Au final, la sélectivité sera obtenue en associant les structures sensibles/transducteurs les plus à même de donner des informations que nous auront conditionnées comme complémentaires vis-à-vis des cinq composés gazeux cibles.

Ce projet associe quatre laboratoires aux compétences complémentaires :
- le LASMEA (UMR 6602 CNRS/UBP), du secteur ST2I de l’Université Blaise Pascal de Clermont-Fd, dont les compétences sont reconnues dans le domaine des microsystèmes capteurs de gaz,
- l’ICMUB, (UMR 5260 CNRS/UB) du secteur Chimie de l’Université de Bourgogne (Dijon) dont les compétences sont reconnues dans le domaine de la synthèse de molécules macrocycliques,
- le LMI (UMR 6002 CNRS/UBP) du secteur Chimie de l’ l’Université Blaise Pascal de Clermont-Fd, dont les compétences sont reconnues dans le domaine des nanocarbones,
- l’ICB (UMR 5209 CNRS/UB) du secteur Nanosciences de l’Université de Bourgogne (Dijon) dont les compétences sont reconnues dans le domaine des micro-ondes.
Les trois premiers partenaires du présent projet étaient déjà partenaires au sein du projet ANR Blanc POLL-CAP (2006-2009) dont l’objectif était la détection sélective des gaz de la pollution atmosphérique (ozone, dioxyde d’azote) au moyen de microsystèmes capteurs spécifiques. Les Laboratoires impliqués dans le présent projet innovant CAPBTX sont donc déjà au fait de la problématique de la détection sélective au moyen de microsystèmes capteurs à semi-conducteurs. En témoignent les nombreuses publications scientifiques ainsi que les deux brevets déjà rédigés en commun, en particulier, dans le cadre du projet POLL-CAP.