Thèse soutenue

Analyse de l'air exhalé par des matrices de capteurs nanocomposites : le nez électronique pour l'aide au diagnostic. Application aux insuffisances rénales

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Auteur / Autrice : Paul Le Maout
Direction : Cyril LahuecJean-Luc Wojkiewicz
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique
Date : Soutenance le 03/12/2019
Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lab-STICC_IMTA_CACS_IAS - Département Electronique - Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
Jury : Président / Présidente : Laetitia Jourdan
Examinateurs / Examinatrices : Cyril Lahuec, Jean-Luc Wojkiewicz, Marc Debliquy, Norbert Noury, Sylvie Renaud, Nathalie Redon, Fabrice Seguin
Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Debliquy, Norbert Noury

Mots clés

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Résumé

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Les insuffisances rénales chroniques touchent près de trois millions de personnes en France, dont 70 000 à un stade terminal nécessitant une greffe ou plusieurs hémodialyses hebdomadaires. Pour ralentir la progression de cette pathologie irréversible, il est essentiel de se faire diagnostiquer le plus tôt possible. Bien que les prises de sang soient efficaces, c’est une méthode invasive. Cette thèse s’intéresse donc à une méthode de diagnostic prometteuse qui consiste à analyser et mesurer les marqueurs cibles dans l’air exhalé. En effet, certains d’entre eux, dont l’ammoniac, voient leurs concentrations augmenter dans l’air exhalé lorsque les reins fonctionnent moins bien. Pour cela, la solution technologique retenue a été le nez électronique. C’est l’outil qui permet d’avoir le meilleur compromis précision et compacité. Cependant, le nez électronique a également des défauts qui sont détaillés et dont des solutions sont proposées dans ce document. D’abord, le choix de la matrice de capteurs, qui est la base du nez électronique est justifié. La surface sensible repose sur la polyaniline. Ce polymère conducteur a été retenu car il est très sensible à l’ammoniac. Toutefois, il l’est également à l’humidité, très présente dans l’air exhalé. Le choix des paramètres des courbes de réponses ainsi que de l’algorithme de classification ont permis d’atteindre une précision de classification de 91 % pour la mesure de concentration d’ammoniac dans un mélange simulant l’air exhalé. Ensuite, les problématiques liées aux dérives des capteurs dans le temps sont détaillées et un algorithme pour les contrer a été développé, permettant de maintenir une précision à 80 % après quatre mois d’utilisation, alors qu’il aurait chuté à 50 % si rien n’avait été prévu pour gérer les dérives. Enfin, un prototype de nez électronique portable a été conçu, de la matrice de capteur, à l’interface de mesure et la partie classification, avec des composants bas coûts (l’ensemble coûte environ100 euros) consommant 2,1 W et permettant de le faire fonctionner pendant 14 heures avec une batterie de téléphone. Ce prototype a été testé sur des échantillons réels de patients atteints d’insuffisances rénales chroniques et démontre la faisabilité d’un dispositif d’aide au diagnostic.