Suivi sélectif de gaz d’échappement par CApteurs de gaz RaDIoFréquences imprimés – CARDIF_Ukraine

L’exposition aux gaz toxiques ou de composés organiques volatils (COVs) affecte la sécurité et la santé publique. Plus de 6,5 millions de décès par an dans le monde sont attribués à la pollution de l'environnement (qualité de l'air intérieur et extérieur). Avec l'Internet des objets, le déploiement à grande échelle de capteurs de gaz devient accessible pour surveiller et analyser l'environnement des individus, dans des espaces publics ou privés. Ce marché, entraîné notamment par les marchés de la construction, de l'industrie médicale ou des applications grand public, nécessite des appareils de mesure à consommation d'énergie réduite et faible cout. Les capteurs portables représentent à eux seuls un marché estimé à 3 milliards d'unités en 2025, dont plus de 30% sont des capteurs communicants émergents, dont les capteurs chimiques, en croissance exponentielle au cours des 10 prochaines années. Sur ces nouveaux marchés, la recherche et le développement d'outils innovants deviennent un nouveau domaine passionnant de l'électronique.
Dans ce contexte, nous proposons d'aborder une partie des questions relatives au suivi de la qualité de l'air pollué liée aux gaz d’échappement dus notamment aux transports et à l’activité industrielle. Cela a conduit à des spécifications en particulier pour certaines vapeurs nocives telles que le dioxyde d'azote (NO2), le dioxyde de soufre (SO2) et l’ozone (O3) comme souligné dans la réglementation française. L'objectif de CARDIF est de répondre en particulier au défi de la sélectivité, identifié comme un verrou limitant la contribution de la métrologie conventionnelle dans les systèmes d'observation ou de diagnostic en milieu hétérogène. Ceci sera fait en utilisant des polymères fonctionnalisés avec des groupes spécifiques.
Les capteurs innovants actuels souffrent généralement d'une consommation élevée et / ou d'une instrumentation encombrante due au fonctionnement à basse fréquence, et sont principalement basés sur des solutions onéreuses. Dans le cadre du projet CARDIF, nous proposons un autre type de capteurs basés sur des transducteurs micro-ondes fonctionnant à température ambiante. En plus d'être un dispositif passif et par conséquent ne consommant pas d'énergie, ils pourraient également fonctionner sans fil. Ils sont ainsi appropriés à la mise en réseau et aux communications à haute fréquence, utilisables pour la détection en temps réel et fournissant directement une information exploitable. En outre, grâce à sa structure planaire, le dispositif peut être fabriqué sur un substrat flexible par des technologies d'impression à faible coût.
Cette étude pluridisciplinaire est rendue possible grâce à la collaboration étroite entre deux industriels (ISORG, Efficacity) et trois académiques (LCPO, IMS, XLIM). Les partenaires ont l’expérience requise pour relever ces défis scientifiques et techniques. À notre connaissance, aucun travail référencé internationalement ne s'est concentré sur de tels capteurs de gaz RF imprimés avec une sélectivité optimisée, répondant aux principales caractéristiques suivantes:
1 - la surveillance en temps réel de la qualité de l'air extérieur,
2 - une haute sensibilité à température ambiante et par conséquent à faible consommation d'énergie,
3 - la détection sélective de NO2, SO2 et O3 à des niveaux de quelques ppb à ppm en utilisant des polymères fonctionnalisés,
4 - des processus de fabrication à faible coût basés sur des technologies d'impression collectives,
5 - de nouvelles solutions autonomes, sans fil et fonctionnant en temps réel grâce à la transduction passive par micro-ondes,
6 - des essais sur le terrain suivant un scénario de déploiement réaliste.
CARDIF répond donc clairement aux priorités de l'appel, en particulier le développement de capteurs pour la surveillance de l'environnement (smart monitoring).