Capteur Laser Photoacoustique à multipassages pour la détection de polluants émergents // Multi-pass photoacoustic laser sensor for detecting emerging pollutants

L'objectif de cette thèse est le développement d'un capteur de gaz dédié à l'analyse de l'air ambiant, extérieur ou intérieur.
Ce capteur reposera sur la mise au point et l'exploitation de la spectroscopie infrarouge (IR) photoacoustique, technique sur laquelle l'IES est expert depuis une quinzaine d'années. Cette technique nous a permis de démontrer de très bonnes limites de détection de l'ordre de la partie par million ou partie par milliard volumique, sur plusieurs espèces d'intérêt environnemental ou médical.

Nous souhaitons ici faire la démonstration d'un nouveau capteur sur trois gaz : benzène, formaldéhyde et monoxyde de carbone. À l'exception du monoxyde de carbone, ces gaz sont très difficilement mesurables in-situ en temps réel de nos jours. Notre capteur pourra également facilement s'adapter à n'importe quel autre polluant atmosphérique possédant une raie d'absorption dans l'infrarouge.

Le travail à réaliser dans le présent projet portera sur :
- Le choix des sources laser adaptées aux mesures envisagées
- L'étude (modélisation et mise en oeuvre) de voies d'amélioration de capteur de mesure photoacoustique, avec une configuration optique multipassages pour augmenter l'interaction entre l'onde acoustique générée lors de l'absorption et le résonateur employé sur la mesure (diapason à quartz QTF ou MEMS)
- La mise en oeuvre de deux types de capteurs, QTF et MEMS étudiées à l'IES
- La mise au point de l'extraction de l'échantillon et sa mesure en temps réel sur toutes les espèces gazeuses visées (CO, benzène, formaldéhyde)
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The aim of this thesis is to develop a gas sensor dedicated to the analysis of ambient, outdoor or indoor air.
This sensor will be based on the development and use of photoacoustic infrared (IR) spectroscopy. This technique has enabled us to demonstrate very good detection limits of the order of parts per million or parts per billion by volume, on several species of environmental or medical interest.
Our aim here is to demonstrate a new sensor for three gases: benzene, formaldehyde and carbon monoxide. With the exception of carbon monoxide, these gases are very difficult to measure in situ in real time these days. Our sensor can also be easily adapted to any other atmospheric pollutant with an infrared absorption line.

The work to be carried out in this project will focus on :
- The choice of laser sources suited to the measurements envisaged
- Studying ways of improving photoacoustic measurement sensors (modeling and implementation), with a multi-pass optical configuration to increase the interaction between the acoustic wave generated during absorption and the resonator used for measurement (QTF quartz tuning fork or MEMS).
- The use of two types of sensor, QTF and MEMS, studied at IES
- Development of sample extraction and real-time measurement for all the gaseous species concerned (CO, benzene, formaldehyde).
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Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Montpellier

166 I2S - Information, Structures, Systèmes

- Maîtrise en physique, en ingénierie ou en instrumentation. - Une bonne connaissance des techniques photoacoustiques et des technologies de détection des gaz est un atout. - Excellentes aptitudes à la résolution de problèmes et capacité à travailler à la fois de manière indépendante et en équipe. - autonomie
- A master's degree in physics, engineering or instrumentation - Familiarity with photoacoustic techniques and gas sensing technologies is a plus. - Excellent problem-solving skills and ability to work both independently and in a team. - autonomy