Study of nanocomposites polypyrrole/carbon nanoparticles by electrochemical impedance and ac-electrogravimetry : application to electrochemical sensors

L’avènement des nanotechnologies constitue une révolution scientifique majeure du XXIe siècle. Elles impliquent la manipulation et la caractérisation de la matière à l’échelle nanométrique afin de concevoir de nouveaux nanocomposites de hautes performances. L’application des nanotechnologies dans différents domaines a permis de développer et de proposer des solutions prometteuses, efficaces et souvent inattendues. En particulier dans le domaine des capteurs, les nanomatériaux ont ouvert de nouvelles pistes de recherches permettant le développement de dispositifs miniaturisés, peu coûteux et très efficaces. L'objectif de ce travail est d'étudier de nouveaux nanocomposites à base de polypyrrole et de nanoparticules de carbone et leurs applications comme capteurs électrochimiques de polluants métalliques. Plusieurs approches simples ont été appliquées pour combiner les propriétés uniques de différents matériaux afin d’obtenir des électrodes à base de nouveaux nanocomposites de haute performance, en associant, notamment les propriétés uniques des liquides ioniques ou des films de bismuth à des films de polymère. Le comportement électrochimique et électrogravimétrique des films et les nanocomposites conçus a été étudié par différentes techniques électrochimiques dont l’impédance électrochimique, l’électrogravimétrie cyclique et l’ac-électrogravimétrie. Les transferts ioniques et les mécanismes électrochimiques qu’ont lieu à l’interface électrode modifiée/électrolyte ont été examinés pour la première fois, grâce aux mesures d'ac-électrogravimétrie, qui résultent du couplage simultané de mesures gravimétriques de la microbalance à quartz et d’impédance électrochimique. L’originalité de ce travail consiste donc en l’élaboration et la caractérisation d’électrode à base de nouveaux nanocomposites et de leurs applications comme capteurs électrochimiques peu coûteux, faciles à préparer, très sensibles, reproductibles et stables pour la détection des traces d’ions métalliques dans des échantillons environnementaux et alimentaires.The advent of nanotechnology is a major scientific revolution of the 21st-century, involving the manipulation and characterization of matter at the nanoscale to design new high performance nanocomposites. The application of nanotechnologies in different fields has made it possible to develop and propose promising, effective and often unexpected solutions. Particularly, in the field of sensors, nanotechnologies have open new fields of research allowing the development of miniaturized devices, inexpensive, highly efficient sensors. The objective of this work is to study new nanocomposites based on polypyrrole and nanoparticles of carbon as well as their applications as electrochemical sensors. Simple approaches have been used to combine the unique properties of different materials to obtain new high-performance nanocomposite electrodes, by combining, in particular, the unique properties of ionic liquids or bismuth films with polymer films. The electrochemical and electrogravimetric behavior of polypyrrole films and their nanocomposites has been studied by various electrochemical techniques including electrochemical impedance, cyclic electrogravimetry and ac-electrogravimetry. Ion transfers and electrochemical mechanisms at modified electrode/electrolyte interfaces have been reported, for the first time, using ac-electrogravimetric measurements, consisting in coupling simultaneously the gravimetric measurements of the quartz microbalance with those of the electrochemical impedance. The originality of this work consists in the elaboration and the characterization of electrodes modified with new nanocomposite films as well as their applications as electrochemical sensors for detection of traces of metallic ions in environmental and food samples