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doctorant H/F

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Date Limite Candidature : lundi 13 février 2023

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Informations générales

Référence : UMR5005-FLODES-009
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : ECULLY
Date de publication : lundi 23 janvier 2023
Nom du responsable scientifique : Abdelkader SOUIFI
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 avril 2023
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Le contrôle de la qualité de l'eau présente aujourd'hui un enjeu majeur aussi bien pour les réseaux municipaux de distribution d'eau potable que pour les usages agricoles et agroalimentaires. De nombreux travaux de recherche montrent qu'une exposition chronique à certains micropolluants, même à faible concentration, présente des risques pour la santé humaine et pour le fonctionnement des écosystèmes [1]. Ces polluants peuvent notamment entrer dans la chaîne alimentaire par l'air, l'eau et le sol.
Mots-clefs : qualité de l'eau, polluants, environnement, capteurs électrochimiques, ChemFETs
Projet de thèse proposé s'inscrit dans le cadre du projet ANR SYSCO « Systèmes de capteurs intégrés en technologie CMOS pour la mesure de la qualité de l'eau ». Ce projet s'effectue dans le cadre d'une collaboration entre les Laboratoires Ampère et INL à l'INSA de Lyon et à l'Ecole Centrale de Lyon et le laboratoire LTM au CEA-Grenoble. Le projet se déroule également en partenariat étroit avec la société STMicroelectronics, Crolles. L'objectif du projet SYSCO est de développer d'une plate-forme d'analyse associant un système de capteurs multiplexé à une cellule fluidique ainsi qu'à un système d'acquisition et d'analyse des données pour la mesure en temps réel de la qualité de l'eau.
Dans ce cadre, les travaux de thèse concerneront plus précisément la conception, la fabrication et la caractérisation des capteurs « ChemFETs » qui constituent les dispositifs indispensables pour le développement de la plate-forme de détection simultanée de plusieurs polluants en milieu liquide. Les principales sources de pollution de l'eau sont relativement bien référencées dans la littérature. 50% environ de la pollution des eaux est liée au secteur agricole. Les travaux déjà initiés par les partenaires du projet ont permis de choisir quelques polluants d'intérêt pour cette thèse. Il s'agira par exemple de pouvoir suivre en temps réel les concentrations d'ions ammonium (NH4+) et nitrates (NO3-) qui représentent la majorité des espèces ioniques polluantes ainsi que des ions toxiques de métaux lourds (Pb2+). Le système de détection multiplexée proposé repose sur la cointégration de plusieurs capteurs sensibles spécifiquement aux polluants ciblés pour l'étude, ainsi que les mesures de la température et du pH.

Contexte de travail

Les travaux se dérouleront principalement aux laboratoires Ampère et LTM pour la fabrication est la caractérisation des capteurs ChemFETs. Les étapes d'intégration des capteurs seront réalisées au LTM et les études et analyses des propriétés des capteurs seront réalisées au Laboratoire Ampère. Des échantillons d'analyses seront fournis par la station d'épuration des eaux de la Feyssine à Lyon-Villeurbanne.

Informations complémentaires

Proposition d'organisation
• Année 1 : Etude des membranes sélectives aux ions polluants (ISM : Ion Sensitive Membranes) : les ISM seront fabriquées, étudiées et sélectionnées en fonction de leurs propriétés de détection sélective mais également de leur compatibilité avec les procédés d'intégration sur CMOS par spin coating. Des étapes de fonctionnalisation des ISM seront réalisées par d'adjonction d'ionophores d'intérêt sur des structures de test. Les propriétés des ISM intégrées dans les structures de test seront ensuite étudiées par des mesures d'impédances électrochimiques.
• Année 2 : Les membranes sensibles sélectionnées en année 1 seront intégrées dans des dispositifs « ChemFET» en technologie CMOS (collaboration Ampère / LTM avec STMicroelectronics).
• Année 3 : Calibrations des capteurs « ChemFET » pour chaque polluant. L'étude des réponses des « ChemFET » sera réalisée sur des échantillons fournis par la station d'épuration de la Feyssine à Villeurbanne. Une attention particulière sera apportée à la sélectivité des capteurs.Références bibliographiques
[1] Patricia Burkhardt-HOLM ; « Linking Water Quality to Human Health and Environment: The Fate of Micropollutants », Thèse No.IWP/WP/No.3/2011.
[2] Peter Kruse « Review on water quality sensors », J. Phys. D. : Appl. Phys. 51, 2018
[3] W Wróblewski et al. “NH4+-sensitive chemically modified field effect transistors based on siloxane membranes for flow-cell applications”, Analytica Chimica Acta 401 (1999)
[4] L.Campanella et al. « Sensitive membrane ISFETs for nitrate analysis in waters », Sensors and Actuators B: Chemical, Vol 27 (1995)
[5] Marcin Guzinski et al. “Lead(II)-selective ionophores for ion-selective electrodes: A review”, Analytica Chimica Acta, vol. 791, 2013.

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