V ERS LE  N EZ  E LECTRONIQUE  I NTEGRE

II. V

N

E

I

Compte  tenu  de  notre  expérience  depuis  10  ans  sur  les  capteurs  de  gaz  à  oxydes  métalliques, en collaboration avec nos différents laboratoires partenaires (notamment pour  différentes couches sensibles) et la société ALPHA MOS depuis 2009, nous continuerons à  développer des microsystèmes de détection à base de matrice de capteurs différents. En  effet, chaque application mérite une étude spécifique pour définir, à partir du cahier des  charges : 

• le nombre de cellules de détection, 

• les différents matériaux nécessaires comme couches sensibles,  

• des couches filtrantes ou pas,  

• un mode de fonctionnement spécifique : 

o un profil de température générique ou spécifique pour chacune des cellules,  o l’utilisation de catalyseur extérieur (UV) 

o la définition des points de mesures représentatifs (vecteur descripteur)  o un circuit de commande et de traitement du signal approprié.  

Dans cette dynamique, l’objectif est double : il s’agit d’une part de valoriser notre savoir‐

faire en l’exploitant pour une application donnée jusqu’au transfert industriel, et d’autre  part,  de  continuer  à  rechercher  des  structures  innovantes  pour  améliorer  toujours  davantage la sensibilité et la sélectivité pour un gaz dans un milieu complexe donné voire  inconnu. 

Les applications sont de plus en plus nombreuses avec en particulier une ouverture certaine  vers le domaine de la santé, notamment pour le diagnostic précoce de pathologies à partir  de mesures olfactives de vapeurs de fluides biologiques. 

II.1. Module MultiCapteur   

Les  différents  projets  en  cours  sont  basés  sur  l’utilisation  d’un  module  multicapteur  (généralement à 4 cellules) comme celui en cours de réalisation présenté sur la Figure 75 ou  encore celui déjà développé dans le cadre de la thèse de H. Chalabi en collaboration avec  l’IM2NP à Marseille (Figure 32 p72).  

FIGURE 75 : EXEMPLE DE SIMULATION ELECTROTHERMIQUE D’UN MULTICAPTEUR EN COURS DE REALISATION AU LAAS 

Les projets officiels actuels sont typiquement basés sur le principe d’élaboration de ces  multicapteurs répondant à un cahier des charges donné.  

Tout d’abord, dans le cadre d’un contrat bilatéral avec Alpha MOS, nous travaillons sur la  mise au point de module multicapteur intégré pour diverses applications comme l’agro‐

industrie, l’énergie, l’environnement et la santé. 

D’autre part, nous avons démarré une thèse CIFRE (N. Dufour) avec RENAULT pour la  détection d’un certain nombre de gaz à l’entrée d’air de l’habitacle de la voiture, dans  l’objectif de contrôler la fermeture automatique des volets en cas de forte concentration des  ces gaz dangereux pour la santé ou simplement nauséabonds. 

Comme nous l’avons déjà dit, chaque application nécessitera une étude spécifique pour  aboutir au microsystème de détection dédié. Ces études comprendront le développement  technologique  des  plateformes  chauffantes  multicellules,  l’intégration  de  différentes  couches sensibles, la mise au point d’un mode de fonctionnement adapté et l’électronique  associée le cas échéant. 

II.2. Evolution des Microsystèmes de détection Intégrés   

Toujours dans la perspective de rendre les systèmes de détection de gaz actuels les plus  sélectifs possible, plusieurs pistes ont été évoquées récemment notamment dans le cadre de  nos collaborations.  

La première piste concerne l’instrumentation (mise en série de plusieurs capteurs) d’un  canal dans lequel circulerait un gaz (ou un liquide) à analyser. Cette idée a fait l’objet de  dépôts de projets à l’ANR, piloté par l’IM2NP. Au‐delà de ce premier concept, nous pourrions  instrumenter un canal composé de plusieurs capteurs comme indiqué sur la Figure 76, ou  encore par les nanocapteurs (nanofils verticaux) décrits précédemment. 

FIGURE 76 : EXEMPLE DE STRUCTURE D’UN CANAL INSTRUMENTE DE MICROCAPTEUR (MC) 

Une  deuxième  piste  concerne l’intégration sur  un  substrat  d’une  chaîne  de détection  comprenant : 

• Un préconcentrateur  

• Une microcolonne chromatographique 

• Un (ou des) capteur(s) de gaz en sortie de colonne  

Cette  idée  a  fait  l’objet  d’un  dépôt  de  projet  à  l’ANR,  piloté  par  le   LCPR‐AC¹⁴. Notre équipe y était associée pour la conception et la réalisation technologique  du microsystème. Malgré une très bonne évaluation, ce projet n’a pas été retenu mais sera  très certainement redéposé à court terme.  

Au‐delà de ces idées de projets avec nos partenaires, il existe un réel intérêt à développer  des microsystèmes intégrés de type canal microfluidique instrumenté qui peut s’appliquer à  la détection de gaz mais plus généralement à la mesure de fluides pour l’analyse chimique  ou biologique. Le développement de ces nouveaux objets est intéressant car il devra relever  des  défis  technologiques  mais  aussi  lever  des  verrous  liés  à  l’hétérogénéité  et  à  la  pluridisciplinarité du micro/nanosystème. 

Enfin, en interne au LAAS, en collaboration avec ALPHA MOS, nous avons déposé au cours du  1^er  semestre  2011,  un  brevet  international  [264]  sur  la  conception  d’un  nouveau  microsystème de détection sélective de gaz dans un milieu complexe. Ce microsystème,  réalisé  en  technologie  micro‐électronique,  intègrera  de  manière  générale  toutes  les  avancées  décrites  dans  ce  mémoire  aussi  bien  en  technologie  qu’en  mode  de  fonctionnement. Ce microsystème évolué vise à multiplier les paramètres sur lesquels il est  possible d’agir pour discrétiser la ou les réponses de multicapteurs superposés. 

Ainsi,  en  utilisant  toute  notre  expérience  sur  l'analyse  des  réponses  paramétrées  en  température et sur le traitement du signal, nous seront capables d’analyser des mélanges  complexes ce qui est aujourd’hui impossible avec les capteurs de gaz à oxydes métalliques  actuels « simples ».  

Une première structure dédiée à la preuve de concept vient tout juste d’être réalisée mais  ne peut pas être détaillée dans ce mémoire. Cette première étape sera suivie dans un futur  proche d’une série de caractérisations sous ambiance contrôlée pour valider le concept, puis  à moyens termes, de la réalisation de microsystèmes de plus en plus évolués pour atteindre  cet objectif tant recherché qui est la réalisation d’un capteur intégré multiparamètre sélectif.