Du capteur de gaz à oxydes métalliques vers les nez électroniques sans fil (2011)

Bien que developpes depuis plus de 50 ans, les capteurs chimiques (au sens large) et les capteurs de gaz plus particulierement, sont toujours aujourd'hui en plein developpement. Cote industriel, le marche global des capteurs chimiques et biochimiques connait la plus forte progression (+9,6%/an) depuis la fin des annees 2000 avec un volume de 15 milliards de dollars en 2010 (10% pour le seul marche des capteurs de gaz). Ces dispositifs de detection offrent potentiellement des applications dans les principaux domaines qui sont le transport, l'environnement, la sante, l'industrie et l'agroalimentaire. On concoit des lors, que le marche de capteurs de gaz bas cout soit florissant et plein d'avenir. Les defauts des detecteurs actuels performants et commercialises tels que les systemes bases sur la detection infrarouge, electrochimiques ou encore a photo-ionisation, sont leur consommation en puissance de l'ordre du Watt, leur prix de revient mais aussi la complexite de leur electronique associee. Avec l'emergence des micro/nanosystemes, nous assistons de plus en plus au developpement de dispositifs miniatures, portables, intelligents , integrant le (ou les) capteurs, l'alimentation, l'electronique de traitement et bien d'autres elements ; on parle alors de nez electroniques integres. Parmi les capteurs developpes a ce jour, les capteurs de gaz semi-conducteurs repondent le mieux encore aujourd'hui a ces besoins avec un cout de fabrication modere (d'autant plus faible que le nombre fabrique sera grand) ; ils sont en effet non seulement tres bien adaptes aux techniques de la microelectronique mais peuvent integrer egalement une grande diversite de materiaux tels que les oxydes metalliques, les polymeres semiconducteurs et autres composites. De tres nombreux travaux de recherches ont ete realises et le sont encore a ce jour pour ameliorer leurs performances, toujours perfectibles notamment en termes de sensibilite, de selectivite, de stabilite, de reproductibilite, de rev ersibilite, de temps de reponse et de recouvrement. Les trois principales voies de recherche explorees dans nos travaux sont au niveau : i) de la technologie du detecteur (optimisation des materiaux et des etapes de fabrication), ii) de son mode de fonctionnement et iii) du traitement du signal au travers de quatre theses. Les performances de nos structures sont a ce jour tres largement superieures a celles des capteurs commerciaux de meme type. Depuis 2007, une these a ete menee en collaboration avec l'equipe MINC (Micro et Nano systemes pour les Communications sans fil) du LAAS pour developper, en totale rupture technologique, un nouveau transducteur electromagnetique permettant la detection de gaz a distance sans fil, sans consommation d'energie par consequent voue au deploiement de reseau de capteurs communicants. Les prospectives de recherche a court, moyen et long termes sur les dix prochaines annees sont abordees. Elles s'appuient sur trois grandes idees en totale complementarite : i. l'integration de nouveaux materiaux nanostructures vers une ultra sensibilite. L'etude des phenomenes de surface et de differentes voies de transduction permettrait d'envisager de nouvelles generations capteurs pour l'environnement mais aussi pour la sante. ii. le developpement de nouveaux microsystemes multicellules de detection, permettant une grande selectivite en jouant sur des modes de fonctionnement evolues. L'objectif est de realiser des nez electroniques integres pour de multiples applications. iii. le developpement de nouvelles generations de capteurs communicants sans fil pour une cartographie olfactive de l'environnement encore appelee intelligence ambiante .