Stéphane BOYER
soutiendra sa thèse de doctorat
mardi 16 décembre 2025 à 10h
salle Balard 1, bâtiment Balard, campus CNRS
Capteurs à base de composés organosiliciés
pour la détection sélective de BTEX dans l’air intérieur
sous la direction de Stéphanie Roualdes et Sabine Devautour-Vinot, et encadré par Vincent Rouessac
Devant le jury composé de :
Pr. Stéphane Marais, Professeur des Universités, Université de Rouen, PBS, rapporteur
Dr. Richard Clergereaux, Directeur de recherches CNRS, LAPLACE, Toulouse, rapporteur
Dr. Diane Rebiscoul, Chercheur CEA, ICSM, Bagnols-sur-Cèze, examinatrice
Dr. Corine Gérardin, Directrice de recherches CNRS, ICGM, Montpellier, examinatrice
Dr. Sabine Devautour-Vinot, Maitre de conférences, Université de Montpellier, ICGM, Montpellier, directrice de thèse
Dr. Vincent Rouessac, Chargé de recherches CNRS, IEM, Montpellier, co encadrant
Résumé :
La qualité de l’air intérieur constitue l’une des principales préoccupations de la crise environnementale actuelle. Dans ce contexte, la détection des composés BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes) représente un enjeu majeur en raison de leur omniprésence dans les environnements urbains et de leur toxicité avérée pour la
santé humaine.
Parmi les différentes méthodes de détection existantes, l’utilisation de capteurs gravimétriques tels que les microbalances à quartz (QCMs) offrent une alternative sensible, économique et miniaturisable. Toutefois, ces transducteurs ne disposent pas intrinsèquement des propriétés de sélectivité suffisantes et leur surface doit donc être revêtue d’une couche active. Parmi les matériaux susceptibles de jouer le rôle de la couche active, les polymères plasma organosiliciés apparaissent comme une option particulièrement prometteuse.
L’objectif de ces travaux est d’approfondir la compréhension de l’influence des conditions de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) sur les propriétés structurales/texturales et la composition chimique de polymères plasma préparés à partir de deux précurseurs (hexaméthyldisiloxane ou octaméthylcyclotétrasiloxane), ainsi que sur leurs performances (sensibilité, sélectivité, réversibilité…) dans le cadre de la détection des BTEX.
La caractérisation des échantillons synthétisés a mis en évidence leur forte similarité avec le polydiméthylsiloxane (PDMS) tant du point de vue des propriétés physico-chimiques que fonctionnelles. Si douces soient leurs conditions de dépôt, les polymères plasma organosiliciés se sont néanmoins révélés être des matériaux hybrides, au caractère plus vitreux que le PDMS. Ainsi les réponses des QCMs recouvertes de ces films ont pu être interprétées à l’aide de modèles de sorption classiquement employés pour les polymères conventionnels, mais avec des nuances propres à la nature vitreuse des couches actives.
Mots clés : BTEX, QAI, Organosilicié, PECVD, QCM, sorption.
Abstract:
Indoor air quality is one of the major concern of the current environmental crisis. In this context, the detection of BTEX compounds (benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes) represents a significant challenge due to their widespread presence in urban environments and their proven toxicity to human health.
Among the existing detection methods, gravimetric sensors such as quartz crystal microbalances (QCMs) offer a sensitive, cheap, and miniaturizable alternative. However, these transducers lack inherent selectivity and therefore require the deposition of an active layer on their surface. Among the potential coating materials, organosilicon plasma polymers stand out as particularly promising candidates.
The objective of this work is to deepen the understanding of how plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) conditions affect the structural/textural properties and the chemical composition of plasma polymers prepared from hexamethyldisiloxane or octamethylcyclotetrasiloxane, as well as their performance (sensibility, selectivity, reversibility) in the detection of BTEX.
Characterization of the synthesized samples revealed a strong similarity to polydimethylsiloxane (PDMS) in both physicochemical and functional properties. Despite the soft deposition conditions, organosilicon plasma polymers proved to be hybrid materials with a more glassy character than PDMS. Consequently, the responses of the QCMs coated with these films could be interpreted using sorption models commonly applied to conventional polymers, though with specific nuances arising from the glassy nature of the active layers.
Keywords: BTEX, IAQ, Organosilicon, PECVD, QCM, sorption.
