Étude d'un capteur de gaz potentiométrique. Influence et rôle des espèces oxygénées de surface sur la réponse électrique

Study of a potentiometric gas sensor : influence and role of the surface oxygen species on the electrical response

• Auteur / Autrice : Nicolas Guillet
• Direction : René Lalauze, Christophe Pijolat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Grenoble INPG en cotutelle avec Saint-Etienne, EMSE
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)

Résumé

Ce travail s'inscrit dans la continuité de deux thèses présentées par Eliette Fascetta en 1993 et Christophe Pupier en 1999 qui ont été consacrées à l'étude d'un capteur de gaz potentiométrique original. Contrairement aux capteurs potentiométriques classiques, celui-ci a la particularité de disposer de deux électrodes différentes disposées dans la même atmosphère gazeuse. Ces travaux ont donné lieu à d'importants développements technologiques et ont permis de jeter les bases d'un modèle électrochimique à même de mieux interpréter l'influence de certains gaz tels que l'oxygène sur la réponse du capteur. Notre démarche a donc consisté à approfondir la compréhension des phénomènes qui sont à l'origine de la réponse électrique de ce capteur afin d'en optimiser le fonctionnement pour les différentes applications visées. La première partie de ce travail concerne la caractérisation physico-chimique des espèces qui interviennent dans la création du signal électrique et en particulier l'étude du rôle exact de l'oxygène. Pour cela, nous avons fait appel à des techniques usuellement utlisées pour l'étude des interactions gaz-solide telles que la calorimétrie et les mesures de potentiel de surface. Ensuite, nous avons étudié l'importance du choix des matériaux utilisés ainsi que l'influence de paramètres caractéristiques tels que la nature et la taille des électrodes sur la réponse électrique du capteur. Tous ces résultats ont alors été exploités pour proposer un mécanisme complet permettant d'expliciter les phénomènes qui interviennent dans l'apparition du signal électrique. Ce modèle a été confronté aux résultats expérimentaux concernant l'influence de la pression d'oxygène et de la température, puis il a été étendu à l'action combinée de la température, la pression d'oxygène et d'un gaz réducteur, le monoxyde de carbone.