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RÉSUMÉ
Certaines substances contenues dans l'air ambiant, notamment des composés organiques volatils, sont maintenant et unanimement rendues responsables de nombreux problèmes de santé. Le besoin de quantifier ces composés a permis la mise au point de capteurs chimiques, dont les microcapteurs à base de micropoutres en silicium. Le principe de fonctionnement de ces capteurs est basé sur la variation de la fréquence de résonance d'une micropoutre, recouverte d'une couche sensible, en fonction de la concentration en espèces cibles présentes dans l'environnement. Cet article effectue une approche théorique de ce type de capteurs, avant d’en présenter la mise en œuvre. Les microcapteurs en micropoutres silicium ont l’avantage de détecter une grande variété d’analytes.
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INTRODUCTION
La qualité de l'air est devenue une préoccupation importante de la société car la présence de certaines substances dans l'air ambiant, notamment des composés organiques volatils, est à l'origine de nombreux problèmes de santé.
Pour répondre à la nécessité de quantifier la présence de ces composés, différents capteurs chimiques sont, depuis quelques années, étudiés et mis au point. Les microcapteurs chimiques à base de micropoutres en silicium, de la famille des microsystèmes électromécaniques (MEMS), en font partie et présentent l'avantage de pouvoir être intégrés dans un système autonome portable et utilisés pour la détection d'une grande variété d'analytes.
Dans ce dossier sont expliqués le principe de fonctionnement et la mise en œuvre de ce type de capteur. Les exemples de mesures présentés mettent en évidence les notions de réversibilité, sensibilité, sélectivité, et limite de détection, autant de critères importants dans le choix de capteurs chimiques pour des applications spécifiques.
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1. Domaines d’applications potentiels des capteurs chimiques en milieu gazeux
Isabelle DUFOUR est professeur à l’université Bordeaux 1.
Frédéric LOCHON est ingénieur.
Les domaines d'application des capteurs chimiques en milieu gazeux sont très variés et concernent, aussi bien les environnements de travail (notamment les usines), que les habitations collectives et individuelles. L'utilisation typique varie elle aussi, du simple détecteur de monoxyde de carbone, jusqu'à la détection de neurotoxiques, ou la surveillance de cheminées industrielles, en passant par le suivi de procédés. Enfin, les seuils de détection peuvent être extrêmement différents, selon l'usage ou le contexte et aller, des traces, dans le cas des neurotoxiques, jusqu'à plusieurs pour cents, dans le cas du monoxyde de carbone.
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Toutes ces applications potentielles répondent à des critères souvent exclusifs qui obligent à une recherche et un développement constant des capteurs.
Par exemple, la surveillance de la pollution atmosphérique nécessite des capteurs à temps de réponse très court, avec un seuil de détection très bas, pour les concentrations de chaque gaz dans un mélange de multiples gaz, le tout dans un environnement perturbé par des poussières. À l'opposé, l'observation du taux d'humidité dans une pièce concerne des concentrations élevées et, généralement, aucune contrainte particulière n'existe sur le temps de réponse.
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