Conception et fabrication de membranes hiérarchiquement poreuses appliquées aux capteurs électrochimiques par transfert d'ion – HYPERION
Développement de capteurs électrochimiques pour polluants émergents
HYPERION : Capteurs électrochimiques à base de silice mésoporeuse<br />Les capteurs environnementaux disponibles souffrent d’un déficit de sensibilité et de sélectivité pour effectuer des mesures dans l’environnement. Le projet HYPERION vise à asseoir les connaissances fondamentales permettant le développement de nouveaux capteurs électrochimiques.
Un besoin de nouveaux capteurs environnementaux.
Le besoin de connaissance au sujet de la sécurité environnemental est une demande croissante de la part du grand public, de la communauté médicale et des agences environnementales. La surveillance de ressources clés telles que l’eau est essentielle car sa pollution par des contaminants émergents est une menace pour la santé de notre société. En réponse à ces attentes, des politiques environnementales ont été établies au sein de l’Union Européenne grâce à la Wtaer Framework Directive (WFD, European Directive 2000/60/EC) et au Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals (REACH, European Directive 2006/121/EC). L’implémentation de ces directives pose un défi de taille aux chimistes analystes. La détection de polluants dans l’eau est un procédé long, couteux et qui nécessite plusieurs étapes. Un tel délai entre l’évènement de pollution et sa détection ne facilite pas une prise de décision efficace. Il existe une véritable demande pour des capteurs avec des qualités accrues.
Les capteurs du projet HYPERION sont basés sur le transfert d’une espèce ionique entre deux phases liquides non miscibles, séparées par une membrane à porosité hiérarchisée à base de polymère et de silice. Ce type de capteurs combine la sensibilité des capteurs voltampérométriques avec la possibilité de détecter des espèces polluantes ne possédant pas de propriétés redox, indispensables pour les capteurs voltampérométriques classiques. Ce projet contribuera à développer les connaissances fondamentales nécessaires à la préparation de tels capteurs et à l’étude de leur potentiel en tant que capteurs environnementaux. Nous proposons la réalisation de dépôt de silice mésoporeuse déposée sur une membrane polymérique à la géométrie contrôlée. La caractérisation physico-chimique de telles membranes a été effectuée grâce à de nombreuses techniques de caractérisation de matériaux.
Le projet HYPERION a contribué à l’élaboration de membranes à porosité hiérarchisée constituées d’une membrane polymérique macroporeuse et d’une couche de silice mésoporeuse électrogénérée. Ce double niveau de porosité – à l’échelle microscopique et à l’échelle nanoscopique- améliore la sélectivité, tandis que la nature chimique de la silice offre de la sélectivité. Grâce à la méthode électrochimique mise au point, l’épaisseur du dépôt de silice est optimisée pour améliorer 24 fois la détection d’ion modèle.
La méthodologie développée dans le cadre du projet HYPERION a ouvert la voie pour de capteurs électrochimiques d’une nouvelle génération. En outre, de nouvelles collaborations internationales ont été établies avec des groupes de recherche en Allemagne, en Australie, en Irlande et en Pologne, ouvrant des perspectives pour l’électrogénération et l’étude de matériaux à l’interface liquide-liquide.
Les travaux du projet HYPERION ont conduit à la publication de six articles scientifiques à la date de clôture du projet.
Les capteurs environnementaux disponibles souffrent d’un déficit de sensibilité et de sélectivité. Afin de répondre aux inquiétudes croissantes de notre société en matière de sécurité environnementale, il est nécessaire de développer de nouveaux capteurs et méthodes d’analyse. Le projet HYPERION explorera le développement de membranes fonctionnalisées et à porosité hiérarchique pour créer une nouvelle classe de capteurs environnementaux basés sur la voltampérométrie à transfert d’ions. Les capteurs seront composés d’une membrane polymère macroporeuse modifiée électrochimiquement par un dépôt de silice mésoporeuse. Ce projet sera centré sur: 1) la préparation de membranes à porosité hiérarchique en utilisant des méthodes de micro-fabrication et de chimie sol-gel; 2) la compréhension des mécanismes de formation de la silice mésoporeuse ; 3) l’exploitation des propriétés de sélectivité de taille, charge et chimie de surface à des fins analytiques. Ce projet établira une base de connaissances fondamentales qui permettra le développement d’une nouvelle classe de capteurs environnementaux.
Coordination du projet
Grégoire HERZOG (Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l'Environnement)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenaire
LCPME UMR7564 Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l'Environnement
Aide de l'ANR 126 721 euros
Début et durée du projet scientifique :
septembre 2014
- 24 Mois
