Des capteurs nanostructurés pour la détection d'armes chimiques

05/11/2020

Pour la première fois des chercheurs de l’Université de Strasbourg et du CNRS sont parvenus à équiper de nanotubes de dioxyde de titane les deux faces d'un capteur de taille micrométrique augmentant ainsi sa surface de capture et par conséquent sa sensibilité. Agents chimiques, toxiques, explosifs, ces travaux ouvrent la voie à de nombreuses applications dans la détection de composés en concentration très faible dans l’air.

« Nous sommes partis d’une piste connue : les leviers micro-gravimétriques utilisés pour les techniques de microscopie à force atomique, qui sont capables de réagir à des variations extrêmement faibles de masse de substances ou de produits chimiques adsorbés », souligne Valérie Keller, chercheuse à l'Institut de chimie et procédés pour l'énergie, l'environnement et la santé (ICPEES) qui collabore pour cette étude avec des chercheurs du laboratoire Nanomatériaux pour systèmes sous sollicitations extrêmes (NS3E).

Ces capteurs ultrasensibles sont constitués d’un bras très mince et plat de silicium, le microlevier, qui vibre à une fréquence propre. « Ils sont capables de détecter des composés chimiques à de très faibles concentrations en phase vapeur et liquide. » Le principe ? Lorsqu’une molécule arrive à la surface du capteur, sa masse augmente sensiblement, la fréquence de résonnance change, ce qui permet de détecter sa présence.

La protection des forces armées

Pour augmenter la sensibilité de détection du microlevier, les chercheurs font, dans un premier temps, croitre sur l’une de leurs faces une forêt de nanotubes de dioxyde de titane organisés verticalement. Ces derniers permettent d’augmenter la surface de capture des molécules ciblées et donc d’en adsorber d’avantage. « Nous avons eu une approche bio-inspirée, certains papillons ont la capacité de déceler la présence de molécules de manière extrêmement sensible. Cette capacité est attribuée à une structuration multi-échelle particulière des ailes. »

Problème, jusqu’à maintenant les chercheurs ne parvenaient pas à recouvrir de nanotubes les deux faces du microlevier. « Cela pouvait perturber la fréquence de résonnance. Nous avons trouvé l’épaisseur optimale qui permet de ne pas l’impacter », explique Valérie Keller qui précise qu'en augmentant d’avantage la surface d’adsorption accessible aux molécules à détecter, cela augmente encore la capacité de détection du capteur.

Prochaine étape : intégrer les capteurs dans un système mobile pour en faire des détecteurs utilisables sur le terrain, notamment pour la protection des forces armées déployées en opérations extérieures mais aussi des populations civiles.

Marion Riegert

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