Synthèse de capteurs sélectifs destinés à la détection de NH³ et H²S pour le contrôle et la gestion de matières organiques en production de bio-énergies

Synthesis of selective sensors for the detection of NH3 and H2S for the control and management of organic matter in bio-energy production

• Auteur / Autrice : Sahal Saad Ali
• Direction : Alain Pauly, Pierre Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux et Composants pour l'Electronique
• Date : Soutenance le 26/11/2019
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Christine Vautrin-Ul
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gwendoline Christophe, Isabelle Verrier, Amadou Ndiaye
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabienne Poncin-Epaillard, Francis Vocanson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthanisation

Détecteurs électrochimiques

Mots clés libres

Capteurs de gaz

Nanostructuration

Nanocarbones

Interactions gaz/solide

Caractérisations physico-chimiques

Composites polymères

Gas sensors

Résumé

La thèse vise au développement de microsystèmes capteurs de gaz sélectifs à l’ammoniac (NH3) et au sulfure d’hydrogène (H2S). Ces capteurs sont destinés au contrôle, à la gestion de la production et la sécurité dans les usines de méthanisation. Pour ce faire, deux types de capteurs chimiques utilisant des matériaux sensibles différents ont été investigués pour la détection des gaz. L’objectif premier est la mise en oeuvre des matériaux sensibles capables de réagir avec les molécules gazeuses et la caractérisation physico-chimique des matériaux. Ainsi, notre choix s’est focalisé sur un composite polymère à base polyaniline (PANI) de nanotubes de carbone multiparois et de deux polymères pour la mise en forme et la stabilisation (PANI-MWCNT/PS/PMMA) pour la détection de NH3. Quant à la détection de H2S, nous avons opté pour des nanoparticules d’oxyde métallique (V2O5). Ces matériaux ont été synthétisés, et exposés aux gaz en définissant un protocole de mesure pour évaluer leurs performances. L’évaluation des performances de détection de ces capteurs a montré qu’ils présentent une sensibilité et une stabilité de réponses même en milieu humide. De plus, chacun des matériaux a également montré une sélectivité partielle vis-à-vis de gaz cible et une certaine indépendance vis-à-vis de gaz interférents.

The thesis aims to develop microsystems gas sensors for selective detection of ammonia (NH3) and hydrogen sulfide (H2S). These sensors are dedicated to the control and production as well as security in the management of anaerobic digestion plants dedicated to bio-energy production. To do this,two types of chemical sensors were used for gas sensing. The first objective is the development of sensitive materials able to react with gaseous molecules and the physico-chemical characterization of matérials. Thus our choice focused on a polyaniline-based polymer composite (PANI-MWCNT/PS/PMMA) for the detection of NH3 and metal oxide (V2O5) nanoparticles for the detection of H2S. These materials were synthesized and exposed to gases to evaluate their sensors performances. Such an evaluation has given a proof that these materials were the best choice to respond positively to the target gases since they have shown higher sensitivity and stable responses even in a humid environment. In addition, these materials also showed a partial selectivity towards target gas.