Labo commun IAM-LAB

L’ambition du Laboratoire Commun IAM-Lab, entre IMT Nord Europe et le Groupe TERA, est de développer des capteurs permettant une mesure en temps réel de plusieurs polluants de l’air avec des performances adaptées aux concentrations des différents environnements et marchés d’intérêt, en s’appuyant sur une technologie en rupture avec celles disponibles sur le marché. Cette ambition nécessite la réunion de compétences pluridisciplinaires en mesure qualifiées des polluants, en développement et mise en œuvre de surfaces sensibles de haute technicité, en développement d’algorithmes intelligents d’analyse des signaux et en traitement de données. L’ensemble de ces compétences se retrouve dans l’association entre IMT Lille Douai et Groupe TERA qui dispose par ailleurs i) d’une solide expérience dans le développement de capteurs basés sur des technologies optiques, d’oxydes métalliques et d’ondes de surface, ii) d’une expérience réussie d’industrialisation pour son capteur NextPM, iii) d’un carnet de clients et iv) d’un réseau de distributeurs en attente des solutions développées dans ce LabCom.

Les travaux du laboratoire commun débutent par deux espèces :

• l’ammoniac (NH3) : espèce clé dans le l’industrie micro-électronique puisque la qualité de la production dépend pour certaines zones de production de sa concentration dans l’air mais aussi espèce clé dans le domaine agricole (secteur à forte émission). De plus, il présente un enjeu sociétal en termes de nuisances olfactives sur les populations riveraines des sites d’émission et un enjeu en surveillance environnementale en air extérieur étant donné son rôle dans la formation d’aérosols ;

• le formaldéhyde (HCHO) : espèce cancérigène avérée et polluant ubiquiste en air intérieur et espèces ciblée comme substance à mesurer dans les ERP (Etablissements Recevant du Public).

Le programme scientifique, technique et d’innovation est bâti sur deux piliers complémentaires avec des objectifs scientifiques et technologiques clairement identifiés :

• un pilier centré sur l’élaboration de « surfaces sensibles » avec pour objectif de formuler et développer des matériaux à base de polymères conducteurs. Ces matériaux ont déjà démontré leur capacité à répondre aux deux polluants cibles mais il reste à améliorer les performances métrologiques (e.g. optimisation de la sélectivité, diminution des limites de détection et limitation des phénomènes de vieillissement) et à élargir leur spectre d’utilisation. Scientifiquement, l’objectif implique i) de comprendre les interactions gaz-surface réactive afin de pouvoir développer une approche de contrôle des flux de gaz dans le but de maximiser les interactions entre l’air analysé et le matériau sensible et de rendre les surfaces plus sensibles, ii) de concevoir des surfaces de formulations différenciées originales et de les associer judicieusement pour permettre une détection spécifique de l’espèce ciblée (en association avec le traitement intelligent des signaux développé au niveau du capteur), iii) de caractériser et de comprendre l’origine des phénomènes de vieillissement et de dérive des éléments sensibles afin de les corriger par un travail sur l’adhésion de la surface sensible ou sa formulation pour améliorer la stabilité des capteurs dans le temps. Du point de vue de la synthèse des matériaux, ces optimisations demandent notamment de maitriser l’impact des paramètres opératoires sur la morphologie des surfaces sensibles synthétisées. Ces surfaces seront donc intégrées aux travaux centrés sur les capteurs.

• Un pilier, plus technologique, centré sur les « capteurs », intégrant les différentes surfaces sensibles développées. La question scientifique majeure porte sur le développement d’algorithmes de traitement du signal permettant une détection spécifique des espèces cibles et une gestion des dérives éventuelles à partir des signaux collectés par un système mono ou multi-surfaces sensibles. Sur le plan technologique, les principaux verrous sont i) de développer un système « plug and play » c’est-à-dire permettant l’implémentation des capteurs développés sur tous les types de plateformes en adéquation avec les besoins des différents intégrateurs, ii) de développer une circuiterie électronique optimale en termes de prise en charge, notamment énergétique, des prétraitements embarqués, iii) de développer une fluidique « capteur » intégrant des matériaux de fabrication assurant le meilleur compromis entre tenue mécanique, résistance au temps et absence d’interférence avec la mesure et iv) de privilégier, dès la phase de fabrication des surfaces sensibles, l’utilisation de solvants non-toxiques pour faciliter la mise en forme des surfaces et ainsi faciliter le passage à l’étape d’industrialisation de la production.

Sur le plan opérationnel, pour les premières années, la chaîne de maturité technologique couverte par le laboratoire IAM-Lab va d’un niveau bas pour les capteurs dédiés au formaldéhyde (TRL2) qui feront l’objet de travaux exploratoires (associés à l’acquisition de connaissances nouvelles) à moyen et long termes visant à  développer des solutions de rupture ; pour atteindre le TRL le plus élevé (TRL6) pour les capteurs ammoniac dédiés aux applications agricoles qui feront l’objet de travaux à court terme rapidement transférables au niveau de Groupe TERA avec des échéances de mise sur le marché des capteurs finalisés dès la fin de la 3ème année.

Il est ainsi envisagé des développements permettant une mise sur le marché cadencée de capteurs dédiés à différentes espèces et/ou association d’espèces.