Thèse soutenue

Développement de micro(bio)capteurs électrochimiques en vue de leur intégration dans une plateforme microfluidique (Lab-On-Disc) pour le contrôle in situ de la qualité des eaux douces de surface

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Auteur / Autrice : Camille Bene
Direction : Jérôme LaunayPierre Temple-Boyer
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : MicroNano Systèmes
Date : Soutenance le 15/12/2023
Etablissement(s) : Toulouse 3
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)
Jury : Président / Présidente : Arnaud Elger
Examinateurs / Examinatrices : Elisabeth Lojou, Mary-Lou Tercier-Waeber
Rapporteur / Rapporteuse : Wojtek Wróblewski, Anne-Claire Salaün

Résumé

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L'eau douce de surface est l'unique ressource d'eau facilement exploitable, que cela soit pour l'agriculture, l'industrie ou l'eau potable. Pourtant, elle représente seulement 0,03% de l'hydrosphère terrestre totale, ce qui fait d'elle une ressource précieuse. Malheureusement, elle est souvent victime de pollutions, principalement issues de l'activité humaine, et il est alors nécessaire d'assurer le suivi de sa qualité afin de la protéger. Les méthodes conventionnelles de laboratoire ont fait leurs preuves en termes de robustesse, de sensibilité et de fiabilité. Cependant, ces méthodes nécessitent, en plus de matériels coûteux et de personnels qualifiés, un transport de l'échantillon du site au laboratoire pouvant l'altérer ou le modifier. Cela impose le respect de règles strictes de conditionnement, conservation, stockage et transport rendant le processus de surveillance encore plus complexe et conduisant toujours à un manque de résultats en temps réel. Ainsi se développent ces dernières décennies de nouvelles technologies prometteuses pour assurer ce suivi directement sur site de manière rapide et fiable. Ces travaux de thèses se focalisent sur le développement de trois types de capteurs électrochimiques afin d'assurer la détection du pH, de la concentration en ions nitrates et des teneurs en herbicides et en métaux lourds. Ces capteurs doivent ensuite être intégrés sur une plateforme microfluidique de type laboratoire sur disque, afin de produire un système portatif d'alerte précoce à bas coût, autonome et fiable permettant de démultiplier les fréquences et points de mesures et d'orienter vers d'éventuelles analyses complémentaires en laboratoire. Les trois capteurs sont basés sur la même filière technologique ElecCell impliquant la microfabrication, sur substrat silicium, d'une cellule électrochimique à trois électrodes. Le capteur de pH est un capteur potentiométrique basé sur l'oxyde d'iridium IrOx. Le capteur d'ions nitrates NO3- est un capteur potentiométrique à membrane polymérique ionosensible. Une étude a été menée sur l'intégration d'une couche de transduction à base de nanotubes de carbone afin d'en améliorer ses performances. Enfin, le capteur d'herbicides et de métaux lourds est un biocapteur ampérométrique d'oxygène O2 dissous impliquant les métabolismes algaux. En effet, l'activité métabolique photosynthétique et/ou respiratoire des algues étant influencée par la présence de certains polluants, l'échantillon analysé est mélangé à une solution de microalgues vertes et le biocapteur électrochimique se focalise sur la détection du taux d'oxygène consommé et/ou produit. Des études ont donc été menées sur plusieurs herbicides et métaux lourds. Pour terminer, des premiers tests en eau réelle ont été réalisés.