Projet ANR-14-CE04-0002 – HYPERION : Conception et fabrication de membranes hiérarchiquement poreuses appliquées aux capteurs électrochimiques par transfert d'ion
Programme : Innovation technologique pour analyser, remédier ou réduire les risques environnementaux	 (DS0102)
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Gregoire Herzog (Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l'Environnement)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 126721.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 36 mois
Résumé : Développement de capteurs électrochimiques pour polluants émergentsLe projet HYPERION participe au développement d’une nouvelle classe de capteurs électrochimiques pour la détection de polluants émergents.
Améliorer la détection des polluants émergentsDans notre société moderne, nous avons, en tant que citoyens, un accès constant et instantané à l’information. Nous avons un besoin de savoir et une exigence de qualité des produits et de l’environnement qui nous entourent, se transformant en une pression exercée par les différents acteurs (grand public, communauté médicale, organisations non gouvernementales et médias) sur les institutions publiques (aux échelles locales, nationales et européennes) et les fabricants afin de confirmer ou d’infirmer l’innocuité des produits quotidiens. Pour la chimie analytique, le défi est fantastique, il s’agit de détecter un nombre croissant d’espèces chimiques en des quantités toujours plus faibles dans des matrices de plus en plus complexes. Les capteurs environnementaux disponibles souffrent d’un déficit de sensibilité et de sélectivité. Afin de répondre aux inquiétudes croissantes de notre société en matière de sécurité environnementale, il est nécessaire de développer de nouveaux capteurs et méthodes d’analyse. Le projet HYPERION explore le développement de membranes fonctionnalisées et à porosité hiérarchiques pour créer une nouvelle classe de capteurs environnementaux basés sur la détection électrochimique.
Détection électrochimique aux interfaces liquide-liquide modifiées par de la silice mésoporeuseLa détection électrochimique permet de quantifier des espèces chimiques grâce à leurs propriétés de transfert de charge à l’aide d’un capteur. La partie sensible des capteurs qui seront développés dans le cadre du projet HYPERION est l’interface formée entre une solution aqueuse et une solution organique. Cette interface est supportée par une membrane polymère macroporeuse et ensuite modifiée par de la silice percée de mésopores, c’est-à-dire de pores dont le diamètre est compris entre 2 et 50 nm. Ce projet est centré sur: 1) la préparation de membranes à porosité hiérarchique en utilisant des méthodes de micro-fabrication et de chimie sol-gel; 2) la compréhension des mécanismes de formation de la silice mésoporeuse ; 3) l’exploitation des propriétés de sélectivité de taille, charge et chimie de surface à des fins analytiques. Les espèces chimiques ciblées sont les polluants émergents d’origine pharmaceutique (par exemple : propranolol, diclofénac et oxytétracycline). Ce projet établira une base de connaissances fondamentales qui permettra le développement d’une nouvelle classe de capteurs environnementaux.
Résumé de la soumission : Les capteurs environnementaux disponibles souffrent d’un déficit de sensibilité et de sélectivité. Afin de répondre aux inquiétudes croissantes de notre société en matière de sécurité environnementale, il est nécessaire de développer de nouveaux capteurs et méthodes d’analyse. Le projet HYPERION explorera le développement de membranes fonctionnalisées et à porosité hiérarchique pour créer une nouvelle classe de capteurs environnementaux basés sur la voltampérométrie à transfert d’ions. Les capteurs seront composés d’une membrane polymère macroporeuse modifiée électrochimiquement par un dépôt de silice mésoporeuse. Ce projet sera centré sur: 1) la préparation de membranes à porosité hiérarchique en utilisant des méthodes de micro-fabrication et de chimie sol-gel; 2) la compréhension des mécanismes de formation de la silice mésoporeuse ; 3) l’exploitation des propriétés de sélectivité de taille, charge et chimie de surface à des fins analytiques. Ce projet établira une base de connaissances fondamentales qui permettra le développement d’une nouvelle classe de capteurs environnementaux.
Résultats : Après un an de travail, les résultats les plus significatifs sont : 
La silice mésoporeuse peut agir en tant que filtre moléculaire placé à l’interface entre une solution aqueuse et une solution organique. Les espèces chimiques les plus petites peuvent transférer sans être gênées par la présence de la silice tandis que le transfert des espèces plus grandes est plus difficile. 
Des fonctions chimiques peuvent être ajoutées à la silice mésoporeuse. Cela aura pour avantage d’améliorer les propriétés du filtre moléculaire.
Une nouvelle méthode pour modifier le pH à l’interface liquide-liquide a été mise au point pour la première fois.
Deux collaborations internationales ont été établies dans le cadre du projet HYPERION. La première avec le groupe de Prof. Damien Arrigan (Curtin University, Perth, Australie) a pour but de modifier avec de la silice mésoporeuse des nano-interfaces liquide-liquide. La seconde collaboration est avec Dr Micheál Scanlon (University College Cork, Irlande) et elle a pour but l’échange de savoir sur deux techniques complémentaires (chacune étant disponible dans un groupe et pas dans l’autre). Une demande de partenariat Hubert Curien (ULYSSES, géré par Campus France) a été soumise.
Perspectives : Le projet HYPERION pose les bases fondamentales pour le développement de nouveaux capteurs électrochimiques pour la détection de polluants émergents. Au-delà de ce projet, les applications les plus adéquates de ces capteurs seront à identifier et le meilleur usage de tels capteurs (capteur à usage unique, monitoring…) sera à définir. Ces développements devront être entrepris avec des acteurs de l’analyse environnementale et des industriels pour la production de ces capteurs.
Publications et brevets : Sur la base des travaux du projet HYPERION, deux articles (au 30 Septembre 2015) ont été publiés dans des revues scientifiques à comité de lecture. La première dresse un état des lieux des développements méthodologiques récents (2010-2015) de la détection électrochimique par transfert de charge à l’interface liquide-liquide. Le second article décrit la caractérisation de la silice mésoporeuse et la possibilité de l’utiliser comme un filtre moléculaire à l’interface entre une solution aqueuse et une solution organique.
Ces travaux ont aussi été présentés à la communauté scientifique lors de congrès internationaux.