Etude physico chimique fine de couches minces de polymère-plasma d'organosilicié. Application à la détection sélective des COV BTEX
Auteur / Autrice : | Ghadi Dakroub |
Direction : | Vincent Rouessac, Corinne Lacaze-Dufaure |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie et Physico-Chimie des Matériaux |
Date : | Soutenance le 25/11/2021 |
Etablissement(s) : | Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier) - Institut Européen des membranes / IEM - Institut Européen des membranes / IEM |
Jury : | Président / Présidente : Mikhael Bechelany |
Examinateurs / Examinatrices : Vincent Rouessac, Corinne Lacaze-Dufaure, Mikhael Bechelany, Patrice Raynaud, Vincent Jousseaume, David Farrusseng | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice Raynaud, Vincent Jousseaume |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Les composés organiques volatils (COV) en particulier les BTEX (Benzène, Toluène, Ethylbenzène, Xylènes), vapeurs très toxiques pour l‘homme et l’environnement, doivent être détectées et éliminées. L'une des solutions bien connues pour la détection des gaz est la technique gravimétrique. Cependant, cette technique nécessite une couche mince fonctionnalisée pour sélectionner les analytes.L'objectif de ce travail est d'étudier et de comprendre le mécanisme de sorption des vapeurs de BTEX dans des films minces d'organosiliciés polymérisés par plasma, en surface (adsorption) et à l'intérieur du matériau (absorption, diffusion) pour des applications de détection de gaz.Tout d'abord, une large gamme de films minces d'organosiliciés a été préparée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma en décharge micro-ondes (MW-PECVD) dans diverses conditions de plasma, en utilisant l'hexaméthyldisiloxane (HMDSO) comme précurseur. Une étude fine de la composition chimique a été réalisée afin de comparer les compositions du massif et de la surface des films en utilisant une méthodologie qui combine expériences, caractérisations chimiques et calculs DFT. Dans ce but, les films d'organosiliciés PECVD (PP-HMDSO) ont été caractérisés par FTIR et par RMN 29Si du solide pour déterminer la composition globale. L’analyse de la surface par XPS combinée à des calculs DFT a permis de déterminer la composition de surface de films. De plus, d'autres techniques de caractérisation telles que l'ellipsométrie spectroscopique, l'angle de contact à l'eau (WCA) et les analyses XRR et EDX ont été réalisées afin d'affiner l'étude de la structure et des propriétés physiques.Deuxièmement, la sorption des vapeurs de COV et BTEX a été étudiée par microgravimétrie par cristal de quartz (QCM) et ellipsométrie spectroscopique couplée à la sorption de vapeur. L'effet des paramètres du plasma, tels que la puissance du plasma (W) et le débit d'HMDSO (F), sur la sorption des BTEX a été étudié et le dépôt de PP-HMDSO ayant les meilleures performances vis-à-vis du BTEX a été choisi.Enfin, un traitement thermique optimal a été trouvé afin d'améliorer la réponse vis-à-vis des gaz détectés. Ainsi, les techniques FTIR, EDX et ellipsométrie spectroscopique ont été utilisées pour caractériser le dépôt recuit. Ces analyses du matériau ont été complétées par l’analyse de l'affinité du dépôt avant et après traitement thermique vis-à-vis des COV.Comme principaux résultats marquants, ce travail nous a permis de déterminer les conditions optimales de plasma pour élaborer des films d'organosiliciés pour détecter les BTEX. Dans des conditions de plasma optimales après post-traitement thermique, une bonne sensibilité aux BTEX a été obtenue et une sélectivité remarquable entre BTEX et autres COV a été mise en évidence.