Dans le cadre d’une thèse en cotutelle qui a démarré en Janvier 2013, j'ai développé des biopuces ultra-sensibles pour la détection de maladies infectieuses (Tuberculose et Hepatite C). Ce sujet, qui combine recherche fondamentale et recherche appliquée dans pour le diagnostic précoce de maladies, avait pour but la détection rapide d’espèces chimiques fortement diluées dans un liquide biologique. Cette détection se fait de manière électrochimique, grâce à l’utilisation des nanomatériaux carbonés innovants (feuillets de graphène, nanotubes de carbone (NTCS)) qui sont dotés d’une conductivité électronique élevée. J’intègre ces nanomatériaux par des procédés de micro/nanofabrication sur des électrodes de travail dans des cellules microfluidiques. J'ai démontré qu'en combinant un haut flux et un transducteur en NTCs qu'il est possible d'augmenter de 3 ordres de grandeur la sensibilité de détection dans la chambre fluidique (article soumis à LoC). J'ai aussi étudié par spectroscopîe d'impédance la nature du transfert des charges entre l'électrolyte et la graphène (2ème article en cours de rédaction). Mon doctorat a donc validé une technologie innovante pour les biocapteurs miniaturisés à ADN, avec un fort potentiel de valorisation, dans le domaine de la santé et de l’environnement. / As part of my thesis under joint supervision between UPS and Sfax Universities which started in January 2013, I developed ultra-sensitive biochips for the detection of infectious diseases (Tuberculosis and Hepatitis C). This subject, which combines basic and applied research for the early detection of diseases, aimed rapid detection of highly diluted chemical species such as DNA in a biological fluid. This detection is done electrochemically, through the use of innovative carbon nanomaterials (graphene layers, carbon nanotubes (NTCS)) which are provided with a high electron conductivity. I have integrated these nanomaterials by micro / nano-fabrication processes on working electrodes in microfluidic cells. I demonstrated that by combining a high flow and a that CNTs as transducer, the sensitivity of detection in the fluid chamber can be increased by 3 orders of magnitude (Article submitted to Lab on Chip journal). I also studied by impedance spectroscopy the nature of the charge transfer between the electrolyte and the graphene (2nd article being drafted). My PhD has validated an innovative technology for miniaturized biosensors DNA, with a strong development potential in the field of health and the environment.

Ce manuscrit est consacré à l'étude et au développement de microsystèmes capteurs de gaz sélectifs au dioxyde d'azote, destinés au contrôle de la qualité de l'air atmosphérique. La stratégie que nous avons développée consiste à associer une structure sensible à base de matériaux semi-conducteurs partiellement sélectifs aux gaz oxydants et des filtres sélectifs à l'ozone. L'objectif premier est la mise en oeuvre et la caractérisation de matériaux chimiques strictement imperméables à l'ozone (O3) et non-réactifs vis-à-vis du dioxyde d'azote (NO2). Notre choix s'est focalisé sur un matériau moléculaire, l'indigo, connu pour sa réactivité vis-à-vis de O3, et plusieurs nanomatériaux carbonés. Pour ces derniers, la possibilité de conformer leurs textures, leurs morphologies et leurs chimies de surface par traitements thermiques, chimiques et mécaniques, permet d'étendre le panel de matériaux potentiels et d'identifier les facteurs d'influence de leur réactivité avec les espèces gazeuses. La caractérisation de l'ensemble de ces matériaux a nécessité l'utilisation de techniques adaptées et complémentaires (adsorption de N2 à 77 K, spectroscopies Raman, XPS, IR en mode ATR, RPE et NEXAFS). Les filtres chimiques les plus efficaces (hauts rendements de filtration et grande durabilité) ont été sélectionnés d'après des tests de soumission aux gaz selon une méthodologie adaptée. Enfin, l'association de ces meilleurs filtres et de la structure capteur a conduit à l'élaboration de prototypes microsystèmes capteurs de gaz optimisés. De plus, une contribution à la compréhension des mécanismes d'interaction de l'indigo et de certains nanocarbones avec O3 et NO2 a aussi permis d'améliorer le microsystème en développant des méthodologies pertinentes et innovantes mais également en réalisant la synthèse de nouveaux filtres indigo / nanocarbone.

Ce manuscrit est consacré à l’étude et au développement de microsystèmes capteurs de gaz sélectifs au dioxyde d’azote, destinés au contrôle de la qualité de l’air atmosphérique. La stratégie que nous avons développée consiste à associer une structure sensible à base de matériaux semi-conducteurs partiellement sélectifs aux gaz oxydants et des filtres sélectifs à l’ozone. L’objectif premier est la mise en oeuvre et la caractérisation de matériaux chimiques strictement imperméables à l’ozone (O3) et non-réactifs vis-à-vis du dioxyde d’azote (NO2). Notre choix s’est focalisé sur un matériau moléculaire, l’indigo, connu pour sa réactivité vis-à-vis de O3, et plusieurs nanomatériaux carbonés. Pour ces derniers, la possibilité de conformer leurs textures, leurs morphologies et leurs chimies de surface par traitements thermiques, chimiques et mécaniques, permet d’étendre le panel de matériaux potentiels et d’identifier les facteurs d’influence de leur réactivité avec les espèces gazeuses. La caractérisation de l’ensemble de ces matériaux a nécessité l’utilisation de techniques adaptées et complémentaires (adsorption de N2 à 77 K, spectroscopies Raman, XPS, IR en mode ATR, RPE et NEXAFS). Les filtres chimiques les plus efficaces (hauts rendements de filtration et grande durabilité) ont été sélectionnés d’après des tests de soumission aux gaz selon une méthodologie adaptée. Enfin, l’association de ces meilleurs filtres et de la structure capteur a conduit à l’élaboration de prototypes microsystèmes capteurs de gaz optimisés. De plus, une contribution à la compréhension des mécanismes d’interaction de l’indigo et de certains nanocarbones avec O3 et NO2 a aussi permis d’améliorer le microsystème en développant des méthodologies pertinentes et innovantes mais également en réalisant la synthèse de nouveaux filtres indigo / nanocarbone. / This work is devoted to the study and the development of gas sensors microsystems highly selective to nitrogen dioxide, dedicated to the air quality control. The strategy developed consists in the implementation of a sensitive structure based on semiconductor materials partially selective to oxidizing gases associated to an ozone selective filter. The first objective is the development of chemical filters strictly impervious to ozone (O3) and non-reactive towards the nitrogen dioxide (NO2). We have chosen a molecular material, indigo, well-known for its reactivity towards O3, and several carbonaceous nanomaterials. For these one, the possibility to modify their textures, their morphologies and their surface chemistries by chemical, mechanical and thermic treatments, enables us to extend the range of potential materials and to identify the factors of influence on their reactivity with gaseous species. The characterization of all these materials required the use of appropriate and complementary techniques (N2 adsorption at 77 K, Raman, XPS, IR in ATR mode, EPR and NEXAFS). The more efficient filters (high filtering yield and life-time) have been selected by means of specific tests of gas exposure. Finally, the association of the best filter and the sensitive structure has led to the development of optimized gas sensors microsystems prototypes.