FR2856150A1 - Apparatus for evaluating the concentration of at least one type of chemical in a gas phase has waveguide of porous inorganic material with variable light absorption properties - Google Patents

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Abstract

The apparatus, containing a chemical detector (2) with at least one waveguide (21, 22), a system (1) for directing a light flow towards the wave guide, and an analyzer for the light flow leaving the detector, has the waveguide made from at least one inorganic porous material impregnated with at least one organic material with light absorption properties that vary according to the concentration of a predetermined type of chemical present in a gas phase (3). The apparatus, containing a chemical detector (2) with at least one waveguide (21, 22), a system (1) for directing a light flow towards the wave guide, and an analyzer for the light flow leaving the detector, has the waveguide made from at least one inorganic porous material impregnated with at least one organic material with light absorption properties that vary according to the concentration of a predetermined type of chemical present in a gas phase (3). The inorganic material is of silicon, which can be monocrystalline, oriented, boron-doped or oxidized, or it can be a chromophore material containing Congo red, bromocresol green, phenolphthalein or indigo carmine. The light emitter can be a laser or electroluminescent diode, with the light flow directed towards the chemical detector by optical fibres (11), while the analyzer contains at least one photodetector (4).

Description

Dispositif pour évaluer la concentration d'au moins une espèceDevice for assessing the concentration of at least one species

chimique dans une phase gazeuse.chemical in a gas phase.

Le domaine de l'invention est celui de l'analyse de l'air, ou plus généralement de l'analyse d'une phase gazeuse. Plus précisément, l'invention 5 concerne un dispositif pour évaluer la concentration d'au moins une espèce chimique déterminée présente dans une phase gazeuse compreant un capteur chimique, des moyens d'émission d'un flux lumineux vers le capteur chimique et des moyens d'analyse du flux lumineux en sortie du capteur chimique.  The field of the invention is that of air analysis, or more generally the analysis of a gas phase. More specifically, the invention 5 relates to a device for evaluating the concentration of at least one determined chemical species present in a gas phase comprising a chemical sensor, means for emitting a light flux towards the chemical sensor and means for analysis of the luminous flux at the output of the chemical sensor.

L'invention s'applique en particulier, mais non exclusivement à la 10 détection de gaz acides tel que HCI ou basiques tel que NH3, dans les industries chimiques et agroalimentaires, ceci en vue de la sécurisation de la production et/ou du stockage en milieu industriel.  The invention applies in particular, but not exclusively to the detection of acid gases such as HCI or basic gases such as NH3, in the chemical and food industries, this with a view to securing production and / or storage in industrial environment.

Toutefois, l'invention peut également s'appliquer à la détection de gaz tels que le gaz carbonique, le dioxyde d'azote, etc, pour la protection de la santé 15 publique et de l'environnement, par exemple en installant un capteur selon l'invention sur des véhicules automobiles.  However, the invention can also be applied to the detection of gases such as carbon dioxide, nitrogen dioxide, etc., for the protection of public health and the environment, for example by installing a sensor according to the invention on motor vehicles.

Dans le domaine de l'invention, il a été proposé des capteurs dont la structure et le fonctionnement permettent d'obtenir une détection optique de l'environnement chimique.  In the field of the invention, sensors have been proposed whose structure and operation make it possible to obtain optical detection of the chemical environment.

On connaît notamment un capteur à guide d'ondes décrit dans le document publié sous le numéro EP - 0 575 408.  There is in particular known a waveguide sensor described in the document published under the number EP - 0 575 408.

Selon ce document, il est prévu de rapporter sur un substrat, constitué par une fibre optique, un revêtement comprenant un matériau poreux formant une structure moléculaire poreuse en forme de cage.  According to this document, it is planned to add on a substrate, constituted by an optical fiber, a coating comprising a porous material forming a porous molecular structure in the form of a cage.

Pour assurer la détection optique de l'environnement, des molécules de colorant, préférentiellement un colorant fluorescent, sont piégées dans la structure poreuse du revêtement.  To ensure optical detection of the environment, dye molecules, preferably a fluorescent dye, are trapped in the porous structure of the coating.

Le revêtement est prévu le long d'une partie de la fibre optique formant guide d'onde afin d'utiliser le champ évanescent de lumière transmise dans la 30 fibre.  The coating is provided along a portion of the optical fiber forming a waveguide to use the evanescent field of light transmitted through the fiber.

Cette solution présente plusieurs inconvénients.  This solution has several drawbacks.

En premier lieu, un tel capteur est relativement complexe, long et coûteux à réaliser. En effet, la réalisation du capteur implique notamment des étapes de cuisson successives, à des températures comprises entre 65 C et 85 C, pendant 5 12 à 24 heures (pour la cuisson d'une solution précurseur) puis pendant 18 à 30 heures (pour la cuisson du revêtement).  Firstly, such a sensor is relatively complex, time-consuming and costly to produce. Indeed, the production of the sensor notably involves successive cooking steps, at temperatures between 65 ° C. and 85 ° C., for 5 12 to 24 hours (for cooking a precursor solution) then for 18 to 30 hours (for the coating).

Les temps considérés sont donc très longs. En outre, les plages de température limitent le type de colorants utilisable.  The times considered are therefore very long. In addition, the temperature ranges limit the type of dyes that can be used.

Par ailleurs, dans le cas d'un tel capteur, seule la part évanescente du 10 signal lumineux qui se propage dans la couche de revêtement est affectée par l'environnement. Ceci a pour conséquence que le capteur présente une sensibilité assez faible. Cela impose donc de prévoir une longueur relativement importante d'interactions (de l'ordre de plusieurs centimètres, voire plus) pour obtenir, en sortie du capteur, des signaux ou des variations de signaux significatifs.  Furthermore, in the case of such a sensor, only the evanescent part of the light signal which propagates in the coating layer is affected by the environment. This has the consequence that the sensor has a fairly low sensitivity. This therefore makes it necessary to provide a relatively large length of interactions (of the order of several centimeters, or even more) in order to obtain, at the output of the sensor, significant signals or variations of signals.

L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur.  The invention particularly aims to overcome the drawbacks of the prior art.

Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un dispositif pour évaluer la concentration d'au moins une espèce chimique (par exemple des molécules acides ou basiques) présente dans une phase gazeuse à l'aide d'un 20 capteur chimique, dans lequel le capteur chimique présente une sensibilité notablement supérieure à ceux de 1' art antérieur.  More specifically, the object of the invention is to propose a device for evaluating the concentration of at least one chemical species (for example acid or basic molecules) present in a gas phase using a chemical sensor, in which the chemical sensor has a significantly higher sensitivity than those of the prior art.

L'invention a également pour objectif de fournir un tel dispositif dans lequel le capteur chimique peut être réalisé dans des dimensions sensiblement inférieures à celles que présente les capteurs connus.  The invention also aims to provide such a device in which the chemical sensor can be produced in dimensions substantially smaller than those presented by known sensors.

L'invention a aussi pour objectif de fournir un tel capteur chimique qui soit simple à réaliser et facile à mettre en oeuvre.  The invention also aims to provide such a chemical sensor which is simple to produce and easy to implement.

L'invention a encore pour objectif de fournir un tel capteur chimique qui puisse être obtenu plus rapidement que ceux de l'art antérieur indiqué précédemment.  The invention also aims to provide such a chemical sensor which can be obtained more quickly than those of the prior art indicated above.

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un dispositif destiné à évaluer la concentration d'au moins une espèce chimique déterminée présente dans une phase gazeuse, ledit dispositif comprenant un capteur chimique comprenant au moins un guide d'onde, des moyens d'émission d'un flux lumineux vers ledit 5 guide d'onde et de moyens d'analyse dudit flux lumineux en sortie dudit capteur chimique, caractérisé en ce que ledit guide d'onde est constitué par au moins un matériau inorganique poreux imprégné d'au moins un matériau organique dont les propriétés d'absorption de la lumière varient en fonction de la concentration de ladite au moins une espèce chimique déterminée présente dans ladite phase 10 gazeuse.  These objectives, as well as others which will appear subsequently, are achieved thanks to the invention which relates to a device intended to evaluate the concentration of at least one determined chemical species present in a gas phase, said device comprising a sensor chemical comprising at least one waveguide, means for emitting a light flux towards said waveguide and means for analyzing said light flux at the output of said chemical sensor, characterized in that said guide wave is constituted by at least one porous inorganic material impregnated with at least one organic material whose light absorption properties vary depending on the concentration of said at least one determined chemical species present in said gas phase.

De cette façon, le capteur fonctionne par absorption des ondes lumineuses qui traversent le guide d'ondes.  In this way, the sensor works by absorbing the light waves which pass through the waveguide.

En d'autres termes, un capteur selon l'invention utilise et affecte éventuellement tout le signal optique de l'onde lumineuse.  In other words, a sensor according to the invention uses and possibly affects the entire optical signal of the light wave.

Un tel capteur présente donc une sensibilité nettement supérieure (de l'ordre du ppm) à celle du capteur de l'art antérieur mentionné précédemment.  Such a sensor therefore has a significantly higher sensitivity (of the order of ppm) than that of the sensor of the prior art mentioned above.

Par voie de conséquence, un tel capteur peut être réalisé avec des dimensions relativement réduites tout en conservant une capacité de détection tout à fait satisfaisante.  Consequently, such a sensor can be produced with relatively small dimensions while retaining a completely satisfactory detection capacity.

Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, ledit matériau inorganique comprend au moins du silicium poreux.  According to a particularly advantageous characteristic, said inorganic material comprises at least porous silicon.

Ainsi, le matériau du guide d'ondes est réalisé avec un matériau présentant de nombreuses qualités et propriétés intéressantes dans le domaine de l'invention. En effet, les propriétés optiques (indice de réfraction, coefficient 25 d'absorption) sont particulièrement adaptées au guidage de la lumière.  Thus, the material of the waveguide is made with a material having many qualities and properties of interest in the field of the invention. Indeed, the optical properties (refractive index, absorption coefficient) are particularly suitable for guiding light.

Préférentiellement, ledit silicium poreux est un silicium monocristallin de type P ou N, et est avantageusement orienté (100).  Preferably, said porous silicon is a monocrystalline silicon of type P or N, and is advantageously oriented (100).

Avantageusement, ledit silicium poreux est dopé au bore et présente préférentiellement une résistivité comprise en 3.10-'3.cm et 7.10-3 Q.cm. 30 Selon une autre caractéristique, ledit silicium poreux est oxydé.  Advantageously, said porous silicon is doped with boron and preferably has a resistivity comprised in 3.10-'3.cm and 7.10-3 Q.cm. According to another characteristic, said porous silicon is oxidized.

Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention, par exemple en changeant l'orientation cristallographique du silicium, ou sa résistivité.  Of course, other embodiments can be envisaged without departing from the scope of the invention, for example by changing the crystallographic orientation of the silicon, or its resistivity.

Toutefois, la sélection de ces paramètres conduit à un guide d'ondes constitué à partir de silicium poreux oxydé qui présente les avantages: d'être stable dans le temps et de ne pas réagir avec l'humidité de l'atmosphère environnante; - d'avoir une très faible absorption dans le domaine visible. Selon une solution particulière, ledit matériau organique est un matériau 10 chromophore.  However, the selection of these parameters leads to a waveguide formed from oxidized porous silicon which has the advantages: of being stable over time and of not reacting with the humidity of the surrounding atmosphere; - to have a very low absorption in the visible range. According to a particular solution, said organic material is a chromophore material.

Préférentiellement, ledit matériau chromophore comprend du rouge Congo.  Preferably, said chromophore material comprises Congo red.

Avec le rouge Congo, le capteur peut être utilisé aussi bien pour détecter des vapeurs acides que des vapeurs telles que l'ammoniaque, sans modification 15 du dispositif.  With Congo red, the sensor can be used to detect both acidic vapors and vapors such as ammonia, without modifying the device.

Selon une variante envisageable, ledit matériau chromophore comprend l'un au moins des matériaux appartenant au groupe suivant: - le Vert Bromocrésol; - le Rouge Phénol; - la Phénoltphthaléine; - le Carmin Indigo.  According to a possible variant, said chromophore material comprises at least one of the materials belonging to the following group: - Bromocresol Green; - Rouge Phénol; - Phenoltphthalein; - Indigo Carmine.

On note que les matériaux chromophores seront particulièrement utilisés pour la détection de gaz acides ou de gaz basiques.  It is noted that the chromophoric materials will be particularly used for the detection of acid gases or basic gases.

Toutefois, le matériau organique qui imprègne le capteur chimique peut 25 être d'un autre type.  However, the organic material which permeates the chemical sensor can be of another type.

En effet, la détection d'autres types de gaz peut être réalisée si le gaz considéré réagit avec une molécule en déplaçant la bande d'absorption de celleci, entraînant une modification de l'intensité du flux lumineux. A titre d'exemple, l'emploi de molécules base phthalocyanine avec, ou non, addition 30 d'un métal tel que le cadmium ou le cobalt pourrait permettre la détection de gaz tels que NO2.  Indeed, the detection of other types of gas can be carried out if the gas considered reacts with a molecule by moving the absorption band of this, causing a modification of the intensity of the light flux. For example, the use of phthalocyanine-based molecules with or without the addition of a metal such as cadmium or cobalt could allow the detection of gases such as NO2.

Avantageusement, lesdits moyens d'émission d'un flux lumineux comprennent l'un au moins des moyens appartenant au groupe suivant: - diode laser; diode électroluminescente.  Advantageously, said means for emitting a light flux comprise at least one of means belonging to the following group: - laser diode; light emitting diode.

Le dispositif peut donc être réalisé à partir de composants électroniques ayant un coût peu élevé. Un tel dispositif est ainsi peu onéreux à obtenir.  The device can therefore be produced from electronic components having a low cost. Such a device is thus inexpensive to obtain.

Selon une solution avantageuse, ledit flux lumineux est dirigé vers ledit capteur chimique à l'aide de fibres optiques.  According to an advantageous solution, said light flux is directed towards said chemical sensor using optical fibers.

Un tel capteur a donc la possibilité d'être adapté aux cas de mesures à distance, en déportant la partie électrique du capteur au moyen de fibres optiques placées entre la source et le guide d'ondes et entre le guide d'ondes et un photodétecteur.  Such a sensor therefore has the possibility of being adapted to remote measurement cases, by moving the electrical part of the sensor by means of optical fibers placed between the source and the waveguide and between the waveguide and a photodetector. .

Ainsi constitué, le dispositif de détection peut alors être utilisé en milieu 15 agressif ou encore dans un milieu présentant des risques d'explosion par  Thus constituted, the detection device can then be used in an aggressive environment or in an environment presenting risks of explosion by

exemple.example.

Préférentiellement, lesdits moyens d'analyse dudit flux lumineux comprennent au moins un photo-détecteur.  Preferably, said means for analyzing said light flux comprise at least one photo-detector.

On note que ce photo-détecteur peut être intégré sur le même substrat de 20 silicium que le guide d'ondes.  It is noted that this photo-detector can be integrated on the same silicon substrate as the waveguide.

Selon une variante avantageuse, le dispositif comprend au moins une lentille de focalisation intercalée entre ledit capteur chimique et lesdits moyens d'analyse.  According to an advantageous variant, the device comprises at least one focusing lens interposed between said chemical sensor and said analysis means.

Avantageusement, ledit capteur chimique comprend au moins deux 25 couches de matériaux inorganiques poreux, de porosités distinctes, l'une formant un guide d'onde et l'autre formant une couche de confinement.  Advantageously, said chemical sensor comprises at least two layers of porous inorganic materials, of distinct porosities, one forming a waveguide and the other forming a confinement layer.

L'invention concerne également un capteur chimique tel que décrit précédemment, dont le matériau inorganique constituant le guide d'ondes comprend préférentiellement du silicium poreux.  The invention also relates to a chemical sensor as described above, whose inorganic material constituting the waveguide preferably comprises porous silicon.

L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un capteur chimique tel que décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - réalisation d'au moins deux couches poreuses dans un matériau inorganique; - imprégnation des pores s desdites couches par au moins un matériau organique dont les propriétés d'absorption de la lumière varient en fonction de la concentration desdites molécules d'une espèce déterminée présentes dans ladite phase gazeuse.  The invention also relates to a method of manufacturing a chemical sensor as described above, characterized in that it comprises the steps of: - producing at least two porous layers in an inorganic material; - impregnation of the pores of said layers with at least one organic material whose light absorption properties vary as a function of the concentration of said molecules of a given species present in said gas phase.

De cette façon, on réalise le guide d'ondes en une seule étape globale, le principe technique de celle-ci restant inchangé quelle que soit la molécule colorante utilisée.  In this way, the waveguide is produced in a single overall step, the technical principle thereof remaining unchanged whatever the coloring molecule used.

Préférentiellement, le procédé comprend une étape de réalisation de deux couches poreuses formées consécutivement dans un substrat de silicium.  Preferably, the method comprises a step of producing two porous layers formed consecutively in a silicon substrate.

Avantageusement, ladite étape de réalisation d'au moins deux couches poreuses est obtenue par attaque électrochimique.  Advantageously, said step of producing at least two porous layers is obtained by electrochemical attack.

Selon un mode de réalisation particulier, une couche destinée à former un guide d'ondes est obtenue par attaque électrochimique avec une densité de courant d'environ 50 mA/cm2, une deuxième couche destinée à former une 20 couche isolante étant obtenue par attaque électrochimique avec une densité de courant d'environ 100 mA/cm2.  According to a particular embodiment, a layer intended to form a waveguide is obtained by electrochemical attack with a current density of approximately 50 mA / cm 2, a second layer intended to form an insulating layer being obtained by electrochemical attack with a current density of about 100 mA / cm2.

Toutefois, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés pour modifier la porosité des couches, ceci par exemple en faisant varier la densité de courant de l'attaque électrochimique.  However, other embodiments can be envisaged to modify the porosity of the layers, this for example by varying the current density of the electrochemical attack.

Préférentiellement, le procédé comprend, préalablement à ladite étape d'imprégnation, une étape de dissolution de rouge Congo dans une solution de N,N-dyméthylformamide, avec une concentration comprise entre 0,01 g/1 et 0,5 g/1.  Preferably, the process comprises, prior to said impregnation step, a step of dissolving Congo red in a solution of N, N-dymethylformamide, with a concentration of between 0.01 g / 1 and 0.5 g / 1.

Avantageusement, ladite étape d'imprégnation est réalisée par le dépôt 30 d'environ 7 gl/cm2 de surface dudit capteur chimique.  Advantageously, said impregnation step is carried out by depositing approximately 7 gl / cm 2 of surface of said chemical sensor.

Dans le cas par exemple d'un capteur planaire, on prendra donc en considération la surface plane que le capteur occupe.  In the case for example of a planar sensor, we will therefore take into consideration the planar surface that the sensor occupies.

Ainsi, on imprègne le guide d'ondes de façon que la surface des pores soit couverte de façon relativement homogène.  Thus, the waveguide is impregnated so that the surface of the pores is covered in a relatively homogeneous manner.

Selon une solution avantageuse, ladite étape d'imprégnation est réalisée sous vide à une température d'environ 25 C.  According to an advantageous solution, said impregnation step is carried out under vacuum at a temperature of around 25 C.

On peut donc réaliser le capteur dans des conditions opératoires simples à obtenir.  It is therefore possible to produce the sensor under operating conditions that are simple to obtain.

Préférentiellement, le procédé comprend, préalablement à ladite étape 10 d'imprégnation, une étape d'oxydation thermique de ladite ou desdites couches poreuses à une température d'environ 900 C pendant environ une heure.  Preferably, the method comprises, prior to said impregnation step 10, a step of thermal oxidation of said at least one porous layer at a temperature of approximately 900 ° C. for approximately one hour.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et 15 des dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 représente schématiquement un dispositif de détection intégrant un capteur chimique selon l'invention; - les figures 2 à 4 sont des courbes représentant des spectres d'absorption du chromophore rouge Congo. 20 En référence à la figure 1, un dispositif de détection destiné à évaluer la concentration en molécules acides ou basiques présentes dans une phase gazeuse comporte: - une source lumineuse émettrice 1, telle qu'une diode laser ou une diode électroluminescente; - un capteur chimique 2 destiné à être placé dans un milieu 3 contenant une phase gazeuse à analyser; - un photo-détecteur 4.  Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of a preferred embodiment of the invention given by way of illustrative and nonlimiting example, and from the appended drawings among which: Figure 1 schematically shows a detection device incorporating a chemical sensor according to the invention; - Figures 2 to 4 are curves representing absorption spectra of the Congo red chromophore. With reference to FIG. 1, a detection device intended to evaluate the concentration of acidic or basic molecules present in a gas phase comprises: - an emitting light source 1, such as a laser diode or a light-emitting diode; - a chemical sensor 2 intended to be placed in a medium 3 containing a gaseous phase to be analyzed; - a photo-detector 4.

On note que, selon une variante envisageable, une lentille 5 de focalisation est positionnée entre le capteur chimique 2 et le photodétecteur 4.  It is noted that, according to a possible variant, a focusing lens 5 is positioned between the chemical sensor 2 and the photodetector 4.

Le fonctionnement du dispositif illustré par la figure 1 est le suivant: une onde lumineuse est émise par une source 1 et est envoyée dans le capteur 2 à l'aide préférentiellement d'une fibre optique 11. En sortie du capteur, le photodétecteur 4 mesure le flux transmis par le capteur 2 (après focalisation par une lentille 5 selon le présent mode de réalisation) et donne un signal électrique proportionnel à ce flux.  The operation of the device illustrated in FIG. 1 is as follows: a light wave is emitted by a source 1 and is sent to the sensor 2 preferably using an optical fiber 11. At the output of the sensor, the photodetector 4 measures the flux transmitted by the sensor 2 (after focusing by a lens 5 according to the present embodiment) and gives an electrical signal proportional to this flux.

Lorsque le capteur 2 est mis en contact avec un environnement riche en ions H+ ou OH-, le flux lumineux transmis est modifié par absorption optique du capteur. La mesure du signal électrique permet d'indiquer un résultat d'analyse.  When the sensor 2 is brought into contact with an environment rich in H + or OH- ions, the transmitted light flux is modified by optical absorption of the sensor. The measurement of the electrical signal makes it possible to indicate an analysis result.

Selon le présent mode de réalisation, le capteur chimique est réalisé de 10 façon à être constitué d'un guide d'ondes planaire réactif, présentant deux couches 21, 22 de silicium poreux oxydé.  According to the present embodiment, the chemical sensor is produced so as to consist of a reactive planar waveguide, having two layers 21, 22 of oxidized porous silicon.

Tel que cela va apparaître clairement par la suite, la surface des pores est recouverte par le colorant réactif.  As will become clear later, the surface of the pores is covered with the reactive dye.

Un tel guide d'ondes planaire est réalisé à partir d'un substrat de silicium 15 monocristallin de type P, orienté (100) fortement dopé au bore, de résistivité comprise entre 3.10-3 Q.cm et 7.10-'3 Q.cm.  Such a planar waveguide is produced from a P-type monocrystalline silicon substrate 15, oriented (100) heavily doped with boron, with a resistivity of between 3.10-3 Q.cm and 7.10-'3 Q.cm .

La porosité de ces couches est obtenue par une attaque électrochimique dans une solution d'acide fluorhydrique à 20%, par une technique connue de l'homme du métier.  The porosity of these layers is obtained by an electrochemical attack in a 20% hydrofluoric acid solution, by a technique known to those skilled in the art.

Pour obtenir le guide d'ondes, les deux couches poreuses 21, 22 sont réalisées consécutivement avec des densités de courant différentes, ceci pour obtenir des porosités distinctes. A titre indicatif, on utilise une densité de courant de 50 mA/cm2 pour la couche guidante 21 et une densité de courant de 100 mA/cm2 pour la réalisation de la couche de confinement 22.  To obtain the waveguide, the two porous layers 21, 22 are produced consecutively with different current densities, this in order to obtain distinct porosities. As an indication, a current density of 50 mA / cm 2 is used for the guiding layer 21 and a current density of 100 mA / cm 2 for the production of the confinement layer 22.

La couche 21 forme donc une couche qui guide les ondes lumineuses du fait qu'elle présente un indice de réfraction optique supérieur à celui de la couche 22 inférieure.  The layer 21 therefore forms a layer which guides the light waves because it has a higher optical refractive index than that of the lower layer 22.

On note que l'épaisseur des couches 21 et 22 est définie en fonction de la dimension de la fibre optique à laquelle elles sont associées. Par exemple, pour 30 une fibre présentant un diamètre de 10 gm, on réalise des couches 21, 22 présentant chacune une épaisseur de 5 Jtm.  Note that the thickness of the layers 21 and 22 is defined as a function of the dimension of the optical fiber with which they are associated. For example, for a fiber having a diameter of 10 μm, layers 21, 22 are produced, each having a thickness of 5 Jtm.

Les couches ainsi obtenues sont ensuite oxydées thermiquement à 900 C pendant 1 heure, avant d'être imprégnées par un chromophore.  The layers thus obtained are then thermally oxidized at 900 ° C. for 1 hour, before being impregnated with a chromophore.

Selon le présent mode de réalisation, le chromophore et le rouge Congo qui est un colorant connu comme indicateur de pH dans l'intervalle 3 - 5, 2.  According to the present embodiment, the chromophore and Congo red which is a dye known as a pH indicator in the range 3 - 5, 2.

Tel qu'indiqué par les diagrammes des figures 2 à 4, la bande d'absorption optique du rouge Congo se déplace dans le domaine visible du bleu au rouge en fonction de la protonation et de la déprotonation de la molécule lorsqu'elle est en présence d'une atmosphère acide ou basique.  As indicated by the diagrams of Figures 2 to 4, the optical absorption band of Congo red moves in the visible range from blue to red depending on the protonation and deprotonation of the molecule when it is present of an acidic or basic atmosphere.

La couche 21 imprégnée du rouge Congo réagit donc de façon différente en fonction de la nature du gaz contaminant du milieu 3.  The layer 21 impregnated with Congo red therefore reacts differently depending on the nature of the contaminating gas in the medium 3.

La figure 2 illustre le spectre d'absorption du rouge Congo en atmosphère neutre.  Figure 2 illustrates the absorption spectrum of Congo red in a neutral atmosphere.

En présence d'un gaz acide tel que HCl, la couche guidante 21 absorbe la 15 lumière rouge, tel qu'illustré par le spectre d'absorption de la figure 3.  In the presence of an acid gas such as HCl, the guide layer 21 absorbs red light, as illustrated by the absorption spectrum of FIG. 3.

En présence d'un gaz basique tel que NH3, la couche guidante 21 n'absorbe pas la lumière rouge, tel qu'illustré par le spectre d'absorption de la figure 4.  In the presence of a basic gas such as NH3, the guide layer 21 does not absorb the red light, as illustrated by the absorption spectrum of FIG. 4.

On note que les réactions du rouge Congo sont stables dans le temps et 20 réversibles. Il n'y a donc pas de destruction du capteur lors de la mesure du gaz contaminant, la régénération du capteur pouvant être obtenue par une réaction chimique inverse.  It is noted that the reactions of Congo red are stable over time and reversible. There is therefore no destruction of the sensor during the measurement of the contaminating gas, the regeneration of the sensor can be obtained by a reverse chemical reaction.

On note en outre qu'un tel capteur ne perturbe pas l'environnement dans la mesure o les réactions chimiques sont confinées dans les pores du capteur.  It is further noted that such a sensor does not disturb the environment insofar as the chemical reactions are confined in the pores of the sensor.

L'imprégnation des couches 21, 22 par le colorant, en l'occurrence le rouge Congo, est réalisée de la manière suivante.  The impregnation of the layers 21, 22 with the dye, in this case Congo red, is carried out in the following manner.

Le rouge Congo une est mis en solution dans du N,Ndyméthylformamide, avec une concentration comprise entre 0,01 g/l et 0,5 g/l.  Congo red one is dissolved in N, Ndymethylformamide, with a concentration of between 0.01 g / l and 0.5 g / l.

L'étape d'imprégnation en tant que telle est réalisée par le dépôt de la 30 solution ainsi obtenue à raison d'environ 7 [tl/cm2 du capteur chimique. O10  The impregnation step as such is carried out by depositing the solution thus obtained at the rate of approximately 7 [tl / cm 2 of the chemical sensor. O10

L'expérimentation d'un tel capteur chimique montre que la surface spécifique des pores est très importante et que le colorant se fixe sur les parois des pores de façon homogène sur toute l'épaisseur de la couche poreuse. Ainsi, une faible concentration de colorant dans la couche est suffisante.  Experimentation with such a chemical sensor shows that the specific surface of the pores is very large and that the dye is fixed on the walls of the pores in a homogeneous manner over the entire thickness of the porous layer. Thus, a low concentration of dye in the layer is sufficient.

Avec une source laser (, =633 nm), les résultats de propagation optiques montrent le basculement du capteur en fonction de l'acidité du gaz: - dans une atmosphère neutre, le capteur propage la lumière et la tension obtenue à la sortie du photo-détecteur est de 1,3 V, cette tension étant proportionnelle au flux lumineux à la sortie 10 du capteur; - en présence de vapeurs acides, le capteur absorbe le rayonnement et la tension mesurée n'est plus que 0,07 V; - en présence de vapeurs d'ammoniaque, on constate à nouveau la propagation du rayonnement optique et la tension mesurée 15 est de 1,3 V. Quelle que soit la concentration en ions H+ ou OH- présente dans la réaction, les valeurs de tensions finales sont toujours identiques. Seul le temps nécessaire à la réaction chimique de toutes les molécules de rouge Congo varie.  With a laser source (, = 633 nm), the optical propagation results show the tilting of the sensor as a function of the acidity of the gas: - in a neutral atmosphere, the sensor propagates the light and the voltage obtained at the output of the photo -detector is 1.3 V, this voltage being proportional to the light flux at the output 10 of the sensor; - in the presence of acid vapors, the sensor absorbs the radiation and the measured voltage is no more than 0.07 V; - in the presence of ammonia vapors, the propagation of the optical radiation is again observed and the voltage measured is 1.3 V. Whatever the concentration of H + or OH- ions present in the reaction, the voltage values are always the same. Only the time required for the chemical reaction of all Congo red molecules varies.

Ainsi, le temps pour une réaction complète augmente si la concentration 20 de gaz toxique est faible.  Thus, the time for a complete reaction increases if the concentration of toxic gas is low.

En revanche, en présence d'atmosphère saturée en gaz, le temps de réponse est très court: - pour des vapeurs acides, le temps de réponse est inférieur à 500 ms; - pour des vapeurs basiques, le temps de réponse est inférieur à ms.  On the other hand, in the presence of an atmosphere saturated with gas, the response time is very short: - for acid vapors, the response time is less than 500 ms; - for basic vapors, the response time is less than ms.

D'autres chromophores pourront être utilisés dans d'autres modes de réalisation envisageables, ces chromophores devant présenter un déplacement de leur bande d'absorption lié aux transitions électroniques produites par des 30 réactions chimiques avec l'atmosphère dans lequel est plongé le capteur.  Other chromophores could be used in other conceivable embodiments, these chromophores having to present a displacement of their absorption band linked to the electronic transitions produced by chemical reactions with the atmosphere in which the sensor is immersed.

A titre indicatif, on pourra notamment utiliser: - le Vert Bromocresol, pour une plage de pH comprise entre 3,8 (transmettant dans le jaune) et 5,4 (transmettant dans le bleu) - le Rouge Phenol, pour une plage de pH comprise entre 6,8 (transmettant dans le jaune) et 8,2 (transmettant dans le rouge) - la Phénoltphthaleine, pour une plage de pH comprise entre 8 (incolore) et 10 (transmettant dans le rouge); 10 - le Carmin Indigo, pour une plage de pH comprise entre 11,5 (transmettant dans le jaune) et 14 (transmettant dans le bleue).  As an indication, we can in particular use: - Bromocresol Green, for a pH range between 3.8 (transmitting in yellow) and 5.4 (transmitting in blue) - Phenol Red, for a pH range between 6.8 (transmitting in yellow) and 8.2 (transmitting in red) - Phenoltphthalein, for a pH range between 8 (colorless) and 10 (transmitting in red); 10 - Carmin Indigo, for a pH range of between 11.5 (transmitting in yellow) and 14 (transmitting in blue).

Claims (25)

REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à évaluer la concentration d'au moins une espèce 5 chimique déterminée présente dans une phase gazeuse, ledit dispositif comprenant un capteur chimique comprenant au moins un guide d'onde, des moyens d'émission d'un flux lumineux vers ledit guide d'onde et de moyens d'analyse dudit flux lumineux en sortie dudit capteur chimique, caractérisé en ce que ledit guide d'onde est constitué par au moins un matériau 10 inorganique poreux imprégné d'au moins un matériau organique dont les propriétés d'absorption de la lumière varient en fonction de la concentration de ladite au moins une espèce chimique déterminée présente dans ladite phase gazeuse.  1. Device for evaluating the concentration of at least one determined chemical species present in a gas phase, said device comprising a chemical sensor comprising at least one waveguide, means for emitting a light flux towards said waveguide and means for analyzing said light flux at the output of said chemical sensor, characterized in that said waveguide consists of at least one porous inorganic material impregnated with at least one organic material whose properties light absorption vary depending on the concentration of said at least one specific chemical species present in said gas phase. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau 15 inorganique comprend au moins du silicium poreux.  2. Device according to claim 1, characterized in that said inorganic material comprises at least porous silicon. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit silicium poreux est un silicium monocristallin de type P ou de type N.  3. Device according to claim 2, characterized in that said porous silicon is a P-type or N-type monocrystalline silicon. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit silicium poreux est orienté (100).4. Device according to any one of claims 2 and 3, characterized in that said porous silicon is oriented (100). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit silicium poreux est dopé au bore.  5. Device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that said porous silicon is doped with boron. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit silicium poreux présente une résistivité comprise en 3.10-'3 Q.cm et 7.10-3 Q.cm.  6. Device according to any one of claims 2 to 5, characterized in that said porous silicon has a resistivity comprised in 3.10-'3 Q.cm and 7.10-3 Q.cm. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit silicium poreux est oxydé.  7. Device according to any one of claims 2 to 6, characterized in that said porous silicon is oxidized. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit matériau organique est un matériau chromophore.  8. Device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that said organic material is a chromophore material. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit matériau 30 chromophore comprend du rouge Congo.  9. Device according to claim 7, characterized in that said chromophore material comprises Congo red. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit matériau chromophore comprend l'un au moins des matériaux appartenant au groupe suivant: - le Vert Bromocrésol; - le Rouge Phénol; - la Phénoltphthaléine; - le Carmin Indigo.  10. Device according to claim 7, characterized in that said chromophore material comprises at least one of the materials belonging to the following group: - Bromocresol Green; - Rouge Phénol; - Phenoltphthalein; - Indigo Carmine. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission d'un flux lumineux comprennent l'un au 10 moins des moyens appartenant au groupe suivant: diode laser; - diode électroluminescente.  11. Device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that said means for emitting a light flux comprise at least one of means belonging to the following group: laser diode; - light emitting diode. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit flux lumineux est dirigé vers ledit capteur chimique à l'aide de 15 fibres optiques.  12. Device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that said light flux is directed towards said chemical sensor using optical fibers. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdits moyens d'analyse dudit flux lumineux comprennent au moins un photo-détecteur.  13. Device according to any one of claims 1 to 12, characterized in that said means for analyzing said light flux comprise at least one photo-detector. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé 20 en ce qu'il comprend au moins une lentille de focalisation intercalée entre ledit capteur chimique et lesdits moyens d'analyse.  14. Device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it comprises at least one focusing lens interposed between said chemical sensor and said analysis means. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit capteur chimique comprend au moins deux couches de matériaux inorganiques poreux, de porosités distinctes, l'une formant un guide d'onde et 25 l'autre formant une couche de confinement.  15. Device according to any one of claims 1 to 14, characterized in that said chemical sensor comprises at least two layers of porous inorganic materials, of distinct porosities, one forming a waveguide and the other forming a containment layer. 16. Capteur chimique destiné à être intégré dans un dispositif pour évaluer la concentration d'au moins une espèce chimique déterminée présente dans une phase gazeuse comprenant des moyens d'émission d'un flux lumineux vers ledit capteur chimique et des moyens d'analyse dudit flux lumineux en sortie dudit 30 capteur chimique, ledit capteur chimique comprenant au moins un guide d'onde, caractérisé en ce que ledit guide d'onde est constitué par au moins un matériau inorganique poreux imprégné d'au moins un matériau organique dont les propriétés d'absorption de la lumière varient en fonction de la concentration desdites molécules d'une espèce déterminée présentes dans ladite phase gazeuse. 5  16. Chemical sensor intended to be integrated in a device for evaluating the concentration of at least one determined chemical species present in a gas phase comprising means for emitting a light flux towards said chemical sensor and means for analyzing said luminous flux at the output of said chemical sensor, said chemical sensor comprising at least one waveguide, characterized in that said waveguide consists of at least one porous inorganic material impregnated with at least one organic material whose properties of light absorption vary depending on the concentration of said molecules of a given species present in said gas phase. 5 17. Capteur chimique selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit matériau inorganique comprend au moins du silicium poreux.17. Chemical sensor according to claim 16, characterized in that said inorganic material comprises at least porous silicon. 18. Procédé de fabrication d'un capteur chimique selon l'une quelconque des revendications 16 et 17, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - réalisation d'au moins deux couches poreuses dans un 10 matériau inorganique; - imprégnation des pores desdites couches par au moins un matériau organique dont les propriétés d'absorption de la lumière varient en fonction de la concentration desdites molécules d'une espèce déterminée présentes dans ladite 15 phase gazeuse.  18. A method of manufacturing a chemical sensor according to any one of claims 16 and 17, characterized in that it comprises the steps of: - producing at least two porous layers in an inorganic material; - impregnation of the pores of said layers with at least one organic material, the light absorption properties of which vary as a function of the concentration of said molecules of a given species present in said gas phase. 19. Procédé de fabrication d'un capteur chimique selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réalisation de deux couches poreuses formées consécutivement dans un substrat de silicium.  19. A method of manufacturing a chemical sensor according to claim 18, characterized in that it comprises a step of producing two porous layers formed consecutively in a silicon substrate. 20. Procédé de fabrication d'un capteur chimique selon l'une des 20 revendications 18 et 19, caractérisé en ce que ladite étape de réalisation d'au moins deux couches poreuses est obtenue par attaque électrochimique.  20. Method of manufacturing a chemical sensor according to either of claims 18 and 19, characterized in that said step of producing at least two porous layers is obtained by electrochemical attack. 21. Procédé de fabrication d'un capteur chimique selon les revendications 19 et 20, caractérisé en ce qu'une couche destinée à former un guide d'ondes est obtenue par attaque électrochimique avec une densité de courant d'environ 50 25 mA/cm, une deuxième couche destinée à former une couche isolante étant obtenue par attaque électrochimique avec une densité de courant d'environ 100 mA/cm2.  21. A method of manufacturing a chemical sensor according to claims 19 and 20, characterized in that a layer intended to form a waveguide is obtained by electrochemical attack with a current density of about 50 25 mA / cm , a second layer intended to form an insulating layer being obtained by electrochemical attack with a current density of approximately 100 mA / cm 2. 22. Procédé de fabrication d'un capteur chimique selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, caractérisé en ce qu'il comprend, préalablement à ladite 30 étape d'imprégnation, une étape de dissolution de rouge Congo dans une solution de N,N-dyméthylformamide, avec une concentration comprise entre 0,01 g/l et 0,5 g/1.  22. Method for manufacturing a chemical sensor according to any one of claims 18 to 21, characterized in that it comprises, prior to said impregnation step, a step of dissolving Congo red in a solution of N , N-dymethylformamide, with a concentration of between 0.01 g / l and 0.5 g / 1. 23. Procédé de fabrication d'un capteur chimique selon la revendication 22, caractérisé en ce que ladite étape d'imprégnation est réalisée par le dépôt d'environ 7 dl/cm2 de surface dudit capteur chimique.  23. A method of manufacturing a chemical sensor according to claim 22, characterized in that said impregnation step is carried out by depositing about 7 dl / cm2 of surface of said chemical sensor. 24. Procédé de fabrication d'un capteur chimique selon l'une quelconque des revendications 18 à 23, caractérisé en ce que ladite étape d'imprégnation est réalisée sous vide à une température d'environ 25 C.  24. A method of manufacturing a chemical sensor according to any one of claims 18 to 23, characterized in that said impregnation step is carried out under vacuum at a temperature of about 25 C. 25. Procédé de fabrication d'un capteur chimique selon l'une quelconque des 10 revendications 18 à 24, caractérisé en ce qu'il comprend, préalablement à ladite étape d'imprégnation, une étape d'oxydation thermique de ladite ou desdites couches poreuses à une température d'environ 900 C pendant environ une heure.  25. Method of manufacturing a chemical sensor according to any one of claims 10 to 24, characterized in that it comprises, prior to said impregnation step, a step of thermal oxidation of said at least one porous layer at a temperature of about 900 C for about an hour.
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