Étude physico-chimique de capteurs à fibre optique à onde évanescente et à plasmon de surface pour la détection de polluants gazeus

Physico-chemical study of optical fibre sensors based on evanescent wave and on surface plasmon resonance for gaseous pollutants detection

• Auteur / Autrice : Adnane Abdelghani
• Direction : Nicole Jaffrezic-Renault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Dispositifs de l'électronique intégrée
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ingénierie et fonctionnalisation des surfaces (Ecully, Rhône....-2003)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réfractométrie

Plasmons

Capteurs optiques

Fibres optiques

Résumé

Les capteurs a fibre optique presentent plusieurs avantages par rapport aux capteurs conventionnels. Parmis ces avantages : immunite electromagnetique, isolation electrique totale, petite taille et faible encombrement et possibilite de mesure dans des endroits dangereux et difficiles d'acces. Ces capteurs a fibre optique ont ete concus dans des technologies nouvelles pour detecter de tres petites quantites d'especes chimiques, gazeuses et biologiques. Ils ont ete utilises dans differents domaines tels que l'environnement, les procedes industriels et les diagnostics medicaux. Dans ce travail de these, nous avons developpe deux capteurs intrinseques a fibre optique pour la detection de polluants gazeux. Le premier est base sur la propagation d'une onde evanescente a l'interface coeur-gaine, il permet de detecter une variation d'indice de refraction d'environ 10#-#4 dans la gamme d'indice 1,405-1,455. Pour la detection de gaz et de vapeurs, la gaine est constituee d'une couche de silice poreuse deposee par le procede sol-gel. Des alcanes tels que le propane, le butane, l'hexane et les hydrocarbures halogenes tels que le tetrachlorure de carbone, le chloroforme et le trichloroethylene ont ete detectes avec une bonne reproductibilite. Le second capteur est base sur la propagation d'une onde plasmon de surface. Le coeur de la fibre optique est recouvert d'une couche d'argent de 50 nm d'epaisseur. Le fonctionnement de ce capteur a ete etudie en faisant varier l'indice de refraction de solutions aqueuses en contact avec le metal. Un probleme important est celui pose par l'oxydation de la couche d'argent. Ce probleme a ete resolu en deposant une couche moleculaire autoassemblee d'un alcanethiol a longue chaine (1-octadecanethiol). Le capteur peut ainsi fonctionner pendant plusieurs semaines dans un milieu aqueux sans que son fonctionnement soit altere. Pour la detection des gaz, la couche metallique modifiee est recouverte par un polymere ou par un copolymere a base de siloxane. Il est ainsi possible de detecter des variations d'indice de l'ordre de 3,5x10#-#5 quand l'indice nominal du polymere est compris entre 1,355 et 1,395. Des hydrocarbures halogenes tels que le tetrachlorure de carbone, le chloroforme et le trichloroethylene ont ete detectes avec une bonne reproductibilite. Une application de ce capteur dans le domaine de l'environnement a ete developpee (detection des cfc).