Les températures classiques de fonctionnement de la plupart des capteurs chimiques de gaz sont généralement supérieures à 300°C, ce qui ne représente pas les conditions favorables de leur fonctionnement en termes de stabilité, répétabilité et consommation énergétique. Pour ce, dans ce travail, nous avons développé une nouvelle méthode d'élaboration par voie sol-gel des couches minces à base de dioxyde d'étain(SnO2) sensibles à la détection de l'ozone et de l'ammoniac à température ambiante et à l'état de traces. L'ajustement des paramètres expérimentaux relatifs à ce procédé (solvant, concentration du dispersant, température et temps de recuit,...) a permis d'optimiser les conditions de préparation des couches minces et par la suite de contrôler les caractéristiques chimiques et texturales des couches sensibles développées. Dans cette étude les précurseurs du SnO2 ont été préparés selon deux approches.[...]Les résultats de détection de gaz ont montré qu'à l'inverse des couches élaborées par voie aqueuse qui sont quasiment insensibles à l'ozone, le procédé sol-gel en milieu alcoolique a permis de développer des couches très sensibles à ce gaz à des teneurs de l'ordre de 60 ppb, inférieures au seuil limite autorisé qui est de 75 ppb. L'originalité de ce travail porte sur le fait que les couches développées permettent la détection de O3 à température ambiante, ce dont aucune étude antérieure ne faisait état à l'origine de ce travail. Pour l'ammoniac, les deux voies de synthèse ont permis d'élaborer avec succès des capteurs sensibles à ce gaz, à température ambiante. La concentration minimale détectée de l'ordre de 5 ppm est inférieure aux 16,7 ppm correspondant au niveau maximum autorisé pour la détection olfactive par l'humain. Les performances de détection des deux gaz cibles, à température ambiante, ont été améliorées par addition dans les sols d'étain de surfactant (TX-100). En effet, les réponses des couches déposées en présence de surfactant ont été multipliées par un facteur 1,5 pour l'ozone et de 2 pour l'ammoniac, comparées avec celles des capteurs SnO2 sans additif.[...]

Les températures classiques de fonctionnement de la plupart des capteurs chimiques de gaz sont généralement supérieures à 300°C, ce qui ne représente pas les conditions favorables de leur fonctionnement en termes de stabilité, répétabilité et consommation énergétique. Pour ce, dans ce travail, nous avons développé une nouvelle méthode d’élaboration par voie sol-gel des couches minces à base de dioxyde d’étain(SnO2) sensibles à la détection de l’ozone et de l’ammoniac à température ambiante et à l’état de traces. L’ajustement des paramètres expérimentaux relatifs à ce procédé (solvant, concentration du dispersant, température et temps de recuit,…) a permis d’optimiser les conditions de préparation des couches minces et par la suite de contrôler les caractéristiques chimiques et texturales des couches sensibles développées. Dans cette étude les précurseurs du SnO2 ont été préparés selon deux approches.[...]Les résultats de détection de gaz ont montré qu’à l’inverse des couches élaborées par voie aqueuse qui sont quasiment insensibles à l’ozone, le procédé sol-gel en milieu alcoolique a permis de développer des couches très sensibles à ce gaz à des teneurs de l’ordre de 60 ppb, inférieures au seuil limite autorisé qui est de 75 ppb. L’originalité de ce travail porte sur le fait que les couches développées permettent la détection de O3 à température ambiante, ce dont aucune étude antérieure ne faisait état à l’origine de ce travail. Pour l’ammoniac, les deux voies de synthèse ont permis d’élaborer avec succès des capteurs sensibles à ce gaz, à température ambiante. La concentration minimale détectée de l’ordre de 5 ppm est inférieure aux 16,7 ppm correspondant au niveau maximum autorisé pour la détection olfactive par l’humain. Les performances de détection des deux gaz cibles, à température ambiante, ont été améliorées par addition dans les sols d’étain de surfactant (TX-100). En effet, les réponses des couches déposées en présence de surfactant ont été multipliées par un facteur 1,5 pour l’ozone et de 2 pour l’ammoniac, comparées avec celles des capteurs SnO2 sans additif.[...] / The conventional operating temperatures of most chemical gas sensors are generally above 300°C, which are not favorable to their functioning in terms of stability, repeatability and energy consumption. For this reason, in this study, we have developed a new method of thin film synthesis via sol-gel process, based on tin dioxide (SnO2) sensitive detection of very low ozone and ammonia concentrations at room temperature (RT). The adjustment of the experimental parameters (solvent, concentration of dispersant, temperature and annealing time,...) has been optimized for the preparation of SnO2 thin films highly sensitive to these target gases at RT. The precursors of SnO2 were prepared using two approaches. The first one is a synthesis pathway in which an aqueous solution of tin tetrachloride (SnCl4) is neutralized with an aqueous solution of ammonia (NH3, H2O). The second one consists of a synthesis of tin(IV) tetraethoxide by organic way via an alcoholysis reaction of anhydrous SnCl4 in absolute ethanol in the presence of triethylamine. To better control the texture of SnO2 layers obtained by this last route, small amounts of surfactant TX-100 were added to the alcoholic sol. The results particularly highlighted the importance of the nature of the solvent, annealing conditions and the concentration TX-100 on the composition and morphology of sensitive layers. This study showed that the materials synthesized by alcoholic way (SnO2(al)) have crystallites size more important than those prepared by aqueous method (SnO2(aq)), but most especially, the SnO2(al) surface is weakly hydrated, compared to that of SnO2(aq). Moreover, the microscopic analysis revealed evident differences between the two layer morphologies. In fact, the SnO2(al) films exhibit porous nanostructures whereas the SnO2(aq) layer rather appeared as a continuous film with a low porosity. The electrical responses showed that both kinds of sensitive layers enabled the detection of ozone but the sensitivity was higher for the SnO2(al) layers compared to that of SnO2(aq) thin films. The alcoholic sol–gel process enabled the development of very sensitive layers to ozone, working at ambient temperature since concentrations lower than 60 ppb were detected. This value is lower than the limit ozone detection threshold which is 75 ppb. As regards the sensitivity to the ammonia, both synthesis ways enabled its detection at room temperature. The minimum concentration detected was 5 ppm, which is less than 16.7 ppm, corresponding to the maximum level allowed for olfactive detection. In addition, it was demonstrated that the performance of ozone and ammonia detection at room temperature, was improved by the addition of surfactant (TX-100) in the organic sol. Indeed, the sensitivities of SnO2(al) layers prepared in the presence of TX-100 were multiplied by 1.5 and 2 for ozone and ammoniac respectively compared to those of SnO2(al) sensors without additive. The results of the physico-chemical characterization and the electrical responses using both layers led to the proposition of ozone and ammonia detection mechanisms using tin dioxidebased gas sensors.Finally, the development, by a simple and inexpensive sol–gel method, of novel tin dioxidesensors able to monitor ozone and ammonia gases at room temperature, was successfullyachieved. This original and multidisciplinary study, presents new and original results concerning the detection of ozone and ammonia whose detection was up to now reported to be possible at trace levels only by using metal oxide-based sensors working at high temperatures. This approach shed new light on fabricating toxic gas sensors based on metal oxides operating at room temperature.

Dans le domaine de la santé, l’analyse de l'haleine expirée offre un outil simple et non invasif pour le diagnostic précoce des maladies. Les capteurs de gaz à base de SnO2 modifies semblent être des dispositifs prometteurs pour détecter les gaz polaires tels que l'ammoniac. Dans cette étude, la fonctionnalisation de la surface de SnO2 a été réalisée afin d'obtenir un capteur de gaz sensible et sélectif à l'ammoniac, qui fonctionne à température ambiante. La première étape de la fonctionnalisation est la fixation covalente d’un film de 3-aminopropyltrethoxysalane (APTES) sur SnO2 en phase vapeur ou liquide. Les caractérisations effectuées par Spectroscopie Infrarouge et Spectrométrie photoélectronique X montrent qu’une quantité plus importante d'APTES a été greffée en phase liquide hydratée. La deuxième étape consiste à fonctionnaliser le SnO2-APTES avec des molécules contenant du chlorure d'acyle avec différents groupes tel que des groupes alkyle, acide et ester. Les capteurs modifiés par des acides et des esters sont sensibles à l’ammoniac entre 0,2 et 10 ppm à température ambiante. Cependant, le SnO2 APTES modifié par l’ester s'est révélé être plus sélectif que le capteur modifié par l'acide pour l’ethanol et le mondxyde de carbone. Ces résultats impliquent que la réponse est générée par les groupes fonctionnels acide et ester, NH3 modifie le moment dipolaire de la couche moléculaire greffée, ce qui entraine une modification de la conductance de SnO2. Le fonctionnement à température ambiante est l'un des avantages de ces capteurs, tout comme leur sélectivité à l'ammoniac en regard d'autres gaz tels que l'éthanol, le monoxyde de carbone et l'acétone. / One of the major challenges in the modern era is how we can detect the disease when we are still feeling healthy via noninvasive methods. Exhaled breath analysis is offering a simple and noninvasive tool for early diagnosis of diseases. Molecularly modified SnO2 sensors seem to be promising devices for sensing polar gases such as ammonia. SnO2 surface functionalization was performed in order to obtain sensitive and selective ammonia gas sensor that operates at room temperature. The first step of functionalization is the covalently attachment of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) film on SnO2 in vapor or liquid phases. The characterization performed by the Infrared Spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy, show that more APTES were grafted by hydrous liquid phase silanization. The second step was the functionalization of APTES modified SnO2 with molecules having acyl chloride of end functional groups molecules such as alkyl, acid and ester groups. Pure SnO2 and APTES modified SnO2 sensors did not show any significant sensitivity to ammonia (0.2-100 ppm) at 25 °C. On the contrary, acid and ester modified sensors are sensitive to ammonia between 0.2 and 10 ppm at room temperature. However, ester modified SnO2 was more selective than acid modified sensor regarding the ethanol and carbon monoxide gases. Ammonia variates the attached molecular layer’s dipole moment which leads to change in SnO2 conductance. Working at ambient temperature is also one of the advantages of these sensors in addition to the selectivity to ammonia regarding other gases such as ethanol, carbon monoxide and acetone.