Développement de capteurs à ondes élastiques de surface pour la mesure de la concentration des particules fines dans l'air : Application à la qualité de l'air

Development of Surface Acoustic Wave sensors for the detection and measurement of microparticles in the air

• Auteur / Autrice : Lyes Djoumi
• Direction : Virginie Blondeau-Patissier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 22/06/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Ecologicsense
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Ballandras
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Blondeau-Patissier, Sylvain Ballandras, Hubert Perrot, Dominique Thomas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hubert Perrot, Dominique Thomas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Air -- Qualité

Pollution atmosphérique -- Lutte contre

Ondes de Love

Ondes acoustiques de surface

Mots clés libres

Qualité de l'air

PM10

PM2.5

Capteur SAW

Ondes elastiques de surface

Impacteur en cascade

Onde de love

SAW sensor

Cascade impactor

PM 10

PM2.5

Love Waves

Résumé

De nos jours, les problèmes liés à la pollution atmosphérique se posent de façon récurrente et croissante. Parmi les divers polluants connus, les particules en suspensions se distinguent comme étant les plus problématiques pour la santé publique, notamment celles appelées PM10 et PM2,5, correspondant respectivement aux particules de diamètre inférieur à10 et 2,5 µm. Chaque année, plus de deux millions de décès prématurés peuvent être attribués aux effets de la pollution de l’air selon l’Organisation Mondiale de la Santé.L’objectif de ce travail était de développer un outil de mesure de particules PM2,5 et PM10 dans l’air basé sur des capteurs à ondes élastiques de surface. Ces travaux de thèse, financés via une bourse industrielle de type CIFRE dans un partenariat entre l’institut FEMTO-ST et l’entreprise Ecologicsense, s’inscrivent dans le cadre du projet P’AIR (Particle Atmospheric Intelligent Research) dont le cahier des charges requérait la réalisation d’un dispositif très sensible, miniaturisé et peu consommateur en énergie, dédié à la séparation et la mesure en temps réel de particules fines et ce, pour un faible coût de fabrication. Pour y parvenir, un dispositif fondé sur des capteurs à ondes élastiques de surface intégrés dans un impacteur en cascade a été entièrement conçu. Un prototype fonctionnant à 3 Lpm a été fabriqué au cours de ses travaux, sa capacité à séparer puis `a mesurer les particules PM2,5 et PM10 en temps réel a été prouvée expérimentalement. Cette combinaison capteurs SAW/impacteur, originale et innovante, a permis la rédaction d’un brevet déposé en avril 2016.

During the last few years, environmental pollution is becoming a big concern. According the World Health Oganization, more than two million premature death are caused by atmospheric pollution. Particles smaller than 10 microns and 2.5 microns in diameter, respectively PM10 and PM2.5, are a major cause of health issues since they are likely to deeply penetrate the human lungs. This resaerch was financed by an industrial scholarship (CIFRE) within a partnership between the institute FEMTO-ST and the company Ecologicsense. It was undertaken in the framework of the P’AIR (Particle Atmospheric Intelligent Research project) project, which aims to develop new innovative low cost sensors in order create a network.In this thesis, we developped Surface Acoustic Wave (SAW) sensors, combined with a cascade impactor, to perform PM10 and PM2.5 particle concentration measurement. A prototype, operating at 3 Lpm, was built during this research and its ability to separate and measure PM2.5 and PM10 particles was demonstrated. This innovative combination SAW/impactor allowed the filing of a patent in April 2016.