Development of a microwave transduction gas sensor

Ce mémoire présente les recherches effectuées sur une nouvelle méthode de transduction, exploitant la propagation des ondes à haute fréquence, pour la détection de polluants atmosphériques. Dans un premier temps, les principaux modes de transduction exploités dans les capteurs existants sont présentés. Ils fonctionnent dans des gammes de fréquences différentes des microondes, afin de comprendre ce que peut apporter cette nouvelle transduction. La permittivité diélectrique est le principal paramètre physique responsable de la détection microonde. Cependant, la variation de la conductivité du matériau sensible modifie également la transmission de l'onde à travers le dispositif microonde. Les propriétés de propagation d'une onde sont formulées afin de comprendre comment l'onde est influencée par la propagation dans le matériau sensible et comment sa mesure est effectuée. Le traitement des données joue un rôle important dans la détermination de la réponse des capteurs. Les matériaux inorganiques (oxydes d'étain et de titane) ont permis de valider les modes de transduction. Différentes géométries de capteurs ont été modélisées et utilisées avec des poudres compressées et des films minces, en particulier avec un matériau moléculaire (phtalocyanine de cobalt). Ces études nous ont permis d'améliorer la transduction, grâce à l'évolution du format de la structure microonde. Cette évolution a permis d'obtenir une discrimination meilleure que 100 ppm pour l'ammoniac dans l'argon ou dans l'air, et ce à température ambiante.In this work, we have developed a new gas-sensing transduction based on the propagation of microwave inside a sensitive material to detect atmospheric pollutants at room temperature. First, we present a short overview of the main gas-sensing transduction in the litterature. These techniques operate in frequency ranges different from microwaves. The dielectric permittivity is the main physical parameter in the microwave transduction. The principle is based on the excitation of a sensitive material by a microwave electromagnetic field in a propagative structure. The reflected wave is specific to the excitation's frequency. It depends on the interaction between the sensitive material and the pollutant gas and also on the geometry of the sensor. However, the variation of the conductivity of the sensitive material also changes the transmission of the wave through the microwave device. Inorganic materials (tin and titanium oxides) are used to validate the methods of transduction. Different geometries of sensor are studied with electromagnetic modeling and experimental testing. The sensitive material is used in compressed powders and thin films, in particular with a molecular material (cobalt phthalocyanine). This work improves the microwave transduction knowledge by the sensor geometries. The experimental tests in argon flux conduct to obtain a resolution better than 100 ppm. Few results are presented in air flux