Surveillance de la concentration en NO2 et de sa réduction par photocatalyse avec des capteurs MOS : couches sensibles SnO2/WO3 versus WO3

https://www.lab-lmdc.fr/ 

PARTENAIRES :

LAAS, LCC, LMDC, LPCNO, Toulouse

LIEUX DU STAGE :

LAAS : 7 Av. du Colonel Roche, 31400 Toulouse

LMDC : 135 Av. de Rangueil, 31400 Toulouse

DUREE :

5,5 mois à partir de mi-février/mars 2026, avec gratification

DESCRIPTION DU PROJET :

Ces dernières années, l’utilisation de capteurs s’est largement répandue dans les bâtiments afin d’améliorer le confort des usagers. Le suivi des paramètres de confort que sont les variations du CO₂, de la température et de l’hygrométrie, est pratique courante. Ils apportent des informations intéressantes pour la connaissance de la situation ambiante du local investigué, mais ce n’est pas suffisant pour dresser un état de la qualité de l’environnement intérieur. Depuis une vingtaine d’années, la qualité de l’air intérieur (QAI) fait l'objet d'une attention croissante en raison du risque pour la santé humaine que représente l'occupation à long terme d'environnements confinés avec des concentrations élevées de polluants. Les méthodes pour le contrôle du niveau et du type de polluants gazeux utilisent des appareils souvent onéreux et encombrants, ou alors des techniques de mesures normalisées indirectes, destinées à un usage professionnel et non adaptées à la surveillance continue des environnements intérieurs. Une alternative prometteuse réside dans l'utilisation de capteurs « low-cost » miniatures capables de détecter les polluants de l'air en temps réel à de faibles concentrations. Le déploiement de ce type de capteurs permet également : (1) de multiplier les points de contrôle en environnement intérieur et d’avoir ainsi un maillage plus précis de la pollution, (2) d’acquérir des données sur la dynamique des polluants, les activités émettrices, le fonctionnement du système de ventilation et l’exposition des occupants, et (3) de donner un accès à l’information aux occupants afin de les sensibiliser à la QAI et influer sur la mise en œuvre de meilleures pratiques.

L’objectif du projet est de caractériser la réponse de capteurs de qualité de l’air pour, d’une part, détecter en temps réel et à moindre coût des pics de pollution et, d’autre part, évaluer l’efficacité des matériaux photocatalytiques innovants pour minimiser ces pics en intensité et fréquence. Deux types de capteurs à base d’oxydes métalliques semi-conducteurs (capteurs MOS, Metal Oxide Semiconductor) seront étudiés pour la détection du gaz oxydant NO₂ : un capteur monocouche ayant une couche sensible constituée de WO₃ et (2) un capteur bicouche constitué de WO₃ et SnO₂. Ils seront soumis à différentes ambiances gazeuses à l’échelle : (1) d’un banc de test de laboratoire (au LMDC ou au LAAS) en conditions contrôlées et dans un réacteur de faible volume (quelques centaines de mL) et (2) d’une chambre expérimentale de 10 m³ en conditions proches in situ (au LMDC). Certains des essais seront réalisés en présence de matériaux photocatalytiques appliqués à la surface de supports en verre et mortier (ex. TiO₂ P25, ZnO). Les données issues des capteurs (résistances électriques) seront comparées aux valeurs de concentrations de NO₂ mesurées par un analyseur de référence fonctionnant par chimiluminescence. Les essais réalisés permettront de caractériser les capteurs en termes de sensibilité, seuil de détection, temps de réponse, et notamment de comparer les deux types de capteurs (monocouche vs bicouche). L’influence de paramètres environnants (tels que le taux d’humidité relative, le niveau de concentration) et du procédé photocatalytique (action de remédiation de la pollution de l’air) sur les performances de détection des capteurs sera explorée.

PROGRAMME EXPERIMENTAL :

Avec des échantillons de mortier et de verre :

- essais sous différentes concentrations de NO₂ : 100, 200, 300 et 400 ppb à humidité relative (HR) constante -> injections en profil « escalier » à concentration croissante puis décroissante et injections en profil « château » à concentration constante avec retour à l’air propre ;

- essais sous différentes HR (30%, 50% et 70%) à concentration constante de 400 ppb ;

- tester la réponse des capteurs lors du processus de photocatalyse.

Les essais seront réalisés à l’échelle d’un réacteur de laboratoire et d’une chambre expérimentale de 10 m³.

En cours de master 2

Champs disciplinaires : chimie, matériaux, électronique

Recherche expérimentale