Développement d’un détecteur à base d’interféromètres de Mach Zehnder intégrés sur silicium pour l’analyse de composés organiques volatils par chromatographie en phase gazeuse

Résumé

Dans cette thèse, nous avons validé l’utilisation d’interféromètres de Mach-Zehnder intégrés sur silicium comme détecteurs pour la chromatographie en phase gazeuse (GC). Nous avons d’abord mis en place un montage expérimental de chromatographie, comprenant un packaging micro-fluidique de la puce photonique, une source lumineuse et un détecteur CMOS bas coût. Le traitement du signal permet de remonter à l’adsorption des COV sur les guides sensibles. Nous avons exploré plusieurs modes d’injection d’échantillons, permettant d’évaluer les effets des variations de volume et de la géométrie des boucles d’échantillonnage sur le signal. Nous avons démontré la détection des COV après la séparation chromatographique, d’abord sur notre montage, puis avec un appareil commercial. La comparaison des chromatogrammes obtenus avec un détecteur FID a révélé que les MZI ne sont pas uniquement sensibles à la masse. Nous avons également étudié deux méthodes pour augmenter la sensibilité des MZI : l’allongement des guides sensibles et le dépôt d’un matériau poreux sur la puce. Ces approches ont permis d’améliorer les limites de détection. La bio-fonctionnalisation des MZI pour créer un « nez artificiel » a montré la possibilité de discerner certains composés, complétant l’information des temps de rétention. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes pour la détection in-situ de COV. La plateforme photonique développée est à bas coût, compacte, réutilisable et peut être rendue spécifique. Des améliorations sont possibles, notamment en optimisant la sensibilité des guides, en étudiant l’impact des matériaux poreux et en enrichissant la base de données de signatures de composés. L’intégration complète du détecteur, avec des colonnes de chromatographie et des photodétecteurs sur silicium, pourrait aboutir à des détecteurs performants, transportables et réutilisables pour la GC.

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