# Plateforme frugale à ondes acoustiques pour la détection biochimique in situ

Ollivier Tamarin, Wejdene Gongi, Maxence Rube, Jean-Luc Lachaud, Hatem

Ben Ouada, Corinne Dejous

► To cite this version:

Ollivier Tamarin, Wejdene Gongi, Maxence Rube, Jean-Luc Lachaud, Hatem Ben Ouada, et al. Plateforme frugale à ondes acoustiques pour la détection biochimique in situ. 2025, https://www.ville-sinnamary.fr/actualite/seminaire-la-maison-de-la-nature-devient-le-ciema/. hal-05069181

HAL Id: hal-05069181

https://hal.science/hal-05069181v1

Submitted on 15 May 2025

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Espace DEV

OBSERVATION SPATIALE, MODÈLES
& SCIENCE IMPLIQUÉE

Université
de Guyane

# Plateforme frugale à ondes acoustiques pour la detection biochimique in situ

Université de Guyane (French Guiana), Espace-Dev, UMR 228 - FRANCE

Université de Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, IMS, UMR 5218 - FRANCE

National Institute of Marine Sciences and Technologies, Laboratory of Blue Biotechnology & Aquatic Bioproducts – Monastir TUNISIA

Sinnamary le 30 octobre 2023

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# Equipe projet

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Espace DEV

OBSERVATION SPATIALE, MODÈLES
& SCIENCE IMPLIQUÉE

IRD

Institut de recherche
pour le développement

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UNIVERSITÉ
DE MONTPELLIER

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Université
de Guyane

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UNIVERSITÉ DE
LA RÉUNION

S'ouvrir aux mondes

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ims

BORDEAUX

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Bordeaux INP
AQUITAINE

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Université
de BORDEAUX

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INSTM

Institut National Des Sciences
Et Technologies De La Mer

## Projet POLLUTALERT

cnrs

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Action conjointe

Frugalité et sobriété - AAP 2023

## Projet CARTEL

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cnes
# L'UMR Espace Dev. en Guyane

## 3 axes de recherche

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Transition énergétique
en Zone Intertropicale

Appui au développement
de l'énergie solaire en
zone intertropicale

* 25 membres

* 2 PU, 11MCF

* 7 doctorant-es

* 1 AI

* 4 contractuels

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Capteurs
Environnementaux
en Guyane

Conception de capteurs pour
la détection biochimique en
milieux aérien et liquide

Systèmes Embarqués
Communicants Autonomes
en Amazonie - SysAA

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Systèmes Complexes et
Modélisation

Modélisation de
phénomènes
environnementaux
# Plateforme de détection compacte communicante et adaptable

Laboratoire

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Terrain

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In situ

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* Réalisation de dispositifs communicants, en réseau, dotés d'une électronique et d'un système d'échantillonnage de fluide avancé pour une utilisation simple et autonome.

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* Frugaux : Utilisation et mise en œuvre rationnelle de ressources, fabrication, logistiques, etc...

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* Détection directe de cibles biochimiques en milieu amazonien (turbidité, faible densité de population, zones blanches, etc...)
# Plateforme frugale à ondes acoustiques

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O. TAMARIN, M. RUBE, J.L. LACHAUD, V. RAIMBAULT, D. REBIERE, C. DEJOUS. « Mobile Acoustic Wave Platform Deployment in the Amazon River: Impact of the Water Sample on the Love Wave Sensor Response ». Sensors 2020, 20, 72. DOI: 10.3390/s20010072
# Couche sensible « frugale » à base d'EPS

## Graesiella sp. (INSTM - Monastir 2014)

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* Gratuit, pas de problèmes éthiques
Grande productivité

* Enzymes thermostables

* Forte synthèse de substances
polymèriques extracellulaires "EPS"

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Sources geothermales : Ain El Atrous (a) et Ain Echfa (b)

Temperature= 60°C - Salinité = 0.01 g/L

Gongi et al.2022. "Characterization of biodegradable films based on extracellular polymeric substances extracted from the thermophilic microalga Graesiella sp." Journal of Algal research https://doi.org/10.1016/j.algal.2021.102565

Gongi et al.2021. "Production of exopolymer substances from the thermophilic chlorophyte Graesiella: industrial and ecological applications". Journal of Applied Phycology https://doi.org/10.1007/s10811-020-02299-7

Gongi et al.2020. "Exo-polymers with high radical scavenging ability produced in outdoor cultivation of the thermotolerant Chlorophyta Graesiella sp". Journal of Applied Phycology https://doi.org/10.1007/s10811-020-02303-0.

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Mise en œuvre et dépôt de la couche sensible sur la surface du capteur avec des outils « classiques » de la chimie
# Détection en milieu liquide réel

## Mesures utilisant le protocole enrichi : Post Doc Wejden GONGI 2021-2022
### Préparation des échantillons à base de mercure

#### Solution turbide de laboratoire

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Boues

Masse par échantillons
10-20-40 and 100g

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Dissolution dans
500ml d'eau

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#### Echantillons terrain

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Incorporation de mercure à différentes concentrations dans les milieux turbides

<table><thead><tr><th>Samples</th><th>DO (500nm)</th><th>Turbidity (NTU)</th></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>0.193</td><td>100.37</td></tr><tr><td>2</td><td>0.31</td><td>300.15</td></tr><tr><td>3</td><td>1.55</td><td>836.87</td></tr><tr><td>Bois chaudat</td><td>0.026</td><td>32.98</td></tr><tr><td>Diable</td><td>0.016</td><td>26.18</td></tr><tr><td>lac de kourou</td><td>0.0012</td><td>19.10</td></tr></tbody></table>

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Test sur les EPS issus de la microalgue Graesiella en tant que couche sensible sur toute la surface du capteur
# Détection en milieu liquide réel

Réponse du capteur à ondes de Love avec
couche sensible EPS sans métaux lourds Hg2+

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* ✓ Variation de turbidité de 0 à 800 NTU ne modifie pas significativement la réponse acoustique du capteur

* ✓ La réponse impédimétrique du capteur (capacitance and résistance) augmente « linéairement » en fonction de la turbidité (caractéristiques diélectriques) du milieu liquide

Réponse du capteur LW utilisable pour la détection biochimique :

* ➤ $S_{21}$ : effet de masse (biodétection classique)

* ➤ $S_{11}$ : Estimation des propriétés diélectriques du liquide

M. RUBE et al. « A Dual Love wave and Impedance-based Sensor: Response Enrichment. » 2020 IEEE Sensors Virtual Conference October 25-28, 2020 WTC Rotterdam, pp. 1-4, 3rd - Best student paper Award.

O. TAMARIN et al. « Finite Element Modelling design and optimization of Love Wave mesoporous transducers for biochemical detection in liquid medium. » 2018 3rd International Symposium on Instrumentation Systems, Circuits and Transducers (INSCIT), Bento Gonçalves, 2018, pp. 1-6. – Best Paper Award of the Conference

M. RUBE, et al. « Unconventional protocol for SAW sensor: multi-physic response enrichment in liquid medium ». IEEE Sensors Journal, 02 July 2021, DOI: 10.1109/JSEN.2021.3094299.

Réponse significative LW et EPS à 0,0001 ppm
de Hg2+ dans une eau turbide jusqu'à 800 NTU
# Projet « Pollutalert »

<table><thead><tr><th></th><th></th><th>01-03/23</th><th>04-06/23</th><th>07-09/23</th><th>10-12/23</th><th>01-03/24</th><th>04-06/24</th><th>07-09/24</th><th>10-12/24</th></tr></thead><tbody><tr><td>1.</td><td>Transducteur SAW multiparamètre</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>a.</td><td>Caractérisation large bande avec liquides</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>b.</td><td>Extraction des paramètres modèles d'intérêt</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>c.</td><td>Modélisation FEM, stratégies de décorrrelations</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>d.</td><td>Intégration au modèle bio-matériau et polluants</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2.</td><td>Caractérisation du spectre de détection de métaux par les EPS</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>a.</td><td>Production des EPS</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>b.</td><td>Réalisation de films EPS pour caractérisation par impédance métrie</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>c.</td><td>Criblage des réponses à un ensemble de métaux cibles d'intérêt</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>d.</td><td>Etude des réponses à un mélange de polluants d'intérêt et analyse des interférences</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>e.</td><td>Extraction d'un ensemble de cibles et mélanges pertinents</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>3.</td><td>Biocapteur multi-fonctionnel en eau réelle</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>a.</td><td>Dépôts de bio-matériaux EPS</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>b.</td><td>Essais de détection, validation du principe en laboratoire</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>c.</td><td>Essais avancés sur site</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>d.</td><td>Etude de l'adaptation à un piézo "low tech"</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>4.</td><td>Essais de terrain et ateliers</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>a.</td><td>Contraintes terrain et objectifs cibles modèles</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>b.</td><td>Adaptation d'interface logicielle et matérielle</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>c.</td><td>Ateliers participatifs sur le terrain et colloque de restitution</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

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Merci pour votre attention

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