- Action structurante
- Thèses soutenues
- Thèses soutenues
- Méthodes des bases réduites pour la modélisation de la qualité de l’air dans la ville
- Etude numérique du rôle des présoutènements dans les tunnels
- Contribution au dimensionnement du présoutènement des tunnels
- Étude de la fissuration et de la sécurité des voûtes en maçonnerie de la RATP lors de travaux
- Application du radar de sol au génie civil
- Dangerosité des températures en ville
- Nanocapteurs sans fil pour la mesure embarquée dans des structures en béton
- Synthèse contrôlée de nanotubes de carbone
- Capteur de gaz sélectif à base de graphène
- Nous rejoindre
- Technologies clefs
Nano-capteurs
Démarche scientifique
En 2050, on prévoit que 75% de la population mondiale soit urbaine, alors qu’en 2015, nos villes souffrent déjà fortement d’infrastructures saturées et des pollutions de toute nature en hausse. Pour construire la Ville du Futur, durable, attractive et résiliente, l’instrumentation massive du milieu urbain par des capteurs bas cout, petit volume et haute performance semble très prometteuse.
Dans ce contexte, NACRE a pour but de concevoir des capteurs reproductibles et fiables à base de nanomatériaux pour l’instrumentation de l’espace urbain.
La démarche NACRE inclut tous les maillons de la chaîne du développement de capteurs, la fabrication et manipulation contrôlée de nanomatériaux, la fabrication et la caractérisation de dispositifs électroniques, l’étude métrologique des capacités de mesure et l’intégration dans des nœuds de mesure communicants adaptés aux nombreuses applications.
Synthèse et manipulation de nanomatériaux
Synthesis of interfacial graphene on low cost substrates (Waleed Moujahid, CDD2011-2014)
L’enjeu a été de développer un matériau de type graphène disponible sur substrat isolant, c’est à dire pouvant être utilisé dans des dispositifs électroniques sans étape de transfert (compliquée, difficilement industrialisable, et peu fiable) préalable.
Formulation d’encre à base de nanomatériaux (Fulvio Michelis, M2R 2012 ; Birger Hennings, Stage 2012)
Nanotubes de carbone multiparoi dispersé en di-chlorobenzene
Dépôt par impression Jet d’encre pour reproductibilité accrue (M2R Michelis)
Poudres de graphene sur silicate (sepiolite)
Dépôt par goutte
Fonctionnalisation de nanotubes en solution (Clément Rieu, PRL 2013-2014)
Nous avons étudié la possibilité de fonctionnaliser les nanotubes de carbone en solution par des complexes de lanthanides. Les propriétés optiques des lanthanides servent de marqueur de fonctionnalisation. A termes cette approche permettra de développer des capteurs imprimés sélectifs chimiquement.
Dispositifs électroniques à nanomatériaux
Dispositifs ohmiques en graphène et nanotubes (Waleed Moujahid, CDD2011-2014; Fulvio Michelis, PhD 2012-2015)
Nous avons fabriqué des dispositifs ohmiques (résistifs) à base de graphène interfacial et de réseaux aléatoires de nanotubes de carbone. Si l’architecture du dispositif et la propriété physique mesurée (la résistance) sont relativement simples, nous avons étudié plus particulièrement l’impact des matériaux de contact (électrodes d’argent imprimés par jet d’encre ; couche mince d’or évaporé ; métal catalyseur de croissance) sur les performances électriques (reproductibilité, résistances de contact) et sur la capacité d’intégration dans des circuits électroniques -soudures), par exemple en comparant des mesures 2 et 4 pointes.
Mémoire à base de graphene, opération et mécanismes de vieillissement (Loic Loisiel, PhD Thesis 2012-2015, NTU-Ecole Polytechnique)
Vieillissement laser de carbone amorphe, effet sur la cristallinité (Loic Loisiel, PhD Thesis 2012-2015, NTU-Ecole Polytechnique)
Du dispositif électrique au capteur
Capteurs d’humidité sur silicium et sur verre
Nous avons mesuré et analysé la réponse à l’humidité de transistors à nanotubes de carbone et de dispositifs ohmiques en graphène et en nanotubes. Ce type d’étude permet à la fois de proposer des capteurs innovants pour des applications où la mesure d’humidité est pertinente (capteurs pour l’habitat, ou noyé dans les matériaux), ou pour décorréler la dépendance en humidité de dispositifs utilisés pour d’autres sujets (électroniques, capteurs d’efforts, capteurs de gaz…)
Capteurs de déformation sur polymère
Concernant nos dispositifs sur plastique, nous avons étudié leur sensibilité à la déformation, avec deux axes d’étude, identifier les conditions de fonctionnement limitant les phénomènes hystérétiques, et identifier les plages de fonctionnement linéaire.
Sandwich enrobé/nanocomposite pour l’instrumentation de chaussées (Boutheina Ghaddab, Post-doc 2013-2014)
Capteurs de pH à nanotubes de carbone (Benjamin Caduc, PFE Ecole Polytechnique, 2014)
Nous avons exploré la possibilité d’utiliser les réseaux de nanotubes de carbone imprimés comme capteurs de pH, en proposant un conditionnement ad-hoc et mesurant la réponse statique et dynamique sous différents pH.
Intégration des capteurs
Conception d’une chaîne de conditionnement pour nanocapteurs résistifs (Fulvio Michelis, PhD 2012-2015)
Capteurs noyés en ciment, preuve de concept (ORSI APOS, Stage Sureshkumar Gopu 2013)
L’objectif est de concevoir un granulat intelligent, c’est-à-dire un système communicant intégralement noyé dans le béton et communicant avec l’utilisateur.
1ère phase, la communication sans fil à travers du ciment : Nous avons exploré les capacités de deux nœuds de capteur sans-fil sous protocole Zigbee, un nœud 2.4 GHz et un nœud 868 MHz, et démonstration expérimentale de transmission à travers du béton. Distance max mesurée de l’ordre de 15cm ; distance maximale estimée par extrapolation à 30 cm à 2,4 GHz, 60 cm à 868 MHz.
2nd phase, la mesure par des capteurs noyés : nous avons démontré que des capteurs d’humidité noyés pouvaient opérer plusieurs mois de capteurs d’humidité commerciaux noyés en éprouvette de béton. Les résultats soulignent la difficulté à obtenir une valeur absolue d’humidité relative, mais la possibilité d’observer les évolutions. Les capteurs de type Sensirion sont aujourd’hui les plus convaincants, mais restent très chers. D’autres capteurs beaucoup moins chers sont utilisables, mais il faudra étudier leur calibration plus précisément.
Moule pour la réalisation d'éprouvettes de béton avec capteurs d'humidité conditionnés et prépositionnés
Humidité relative mesurée par différents capteurs, noyés ou en réservation, au cours du temps..
Capteurs noyés en matériau cimentaire, de le fiabilisation de l’élément sensibile jusqu’à l’intégration système (Fulvio Michelis, PhD 2012-2015 ; Fadi Zaki, M2R 2014)
2. Projets en cours
- Sense-City (Equipex, 2011-2019)
- PLATINE (Sesame IdF 2014)
- Proteus (H2020 ICT2 2014)
- Nanoperco (Labex Charmmmat 2014)
- Deflex (DGA Post-doc 2014)
- Capmini (Paris 2030)
- Nanoasphalt (Fédration Plateau de Saclay, 2015)
Productions et communications scientifiques 2010-2014
Articles
Lee C. S. ; Cojocaru, C. S.; Moujahid, W.; Lebental, B.; Chaigneau, M.; Châtelet, M.; Normand, F. L. & Maurice, J.-L.. Synthesis of conducting transparent few-layer graphene directly on glass at 450°C. Nanotechnology, 2012, 23, 265603-265608
Nawres Sridi, Berengere Lebental, Joel Azevedo, Jean Christophe P. Gabriel, and Anne Ghis, Electrostatic method to estimate the mechanical properties of suspended membranes applied to nickel-coated graphene oxide, Applied Physics Letters 2013, 103, 051907
Loïc Loisel, Bérengère Lebental, Marc Châtelet, Dominique Baillargeat, Costel-Sorin Cojocaru, Beng Kang Tay, Reversible Phase Change in Nanocrystalline Graphite using Nanosecond Laser Pulses, to be submitted 2015
Fulvio Michelis, Bérengère Lebental, Laurence Bodelot, Yvan Bonnassieux, Batch production of flexible low-cost strain sensors based of carbon nanotube piezoresistive network (working title), to be submitted 2015.
B. Ghaddab, V. Gaudefroy, F. Michelis, E. Ruiz-Hitzky, P. Aranda, C. Ruiz-García, B. Lebental The nanoparticle-asphalt sandwich: a novel sensor architecture for low cost road monitoring applications, to be submitted 2015, Construction and Building Materials
Brevets
C. S. Cojocaru, and B. Lebental and F. Z. Bouanis and E. Norman, Méthode de détection d'analytes utilisant des réseaux de transistors à effet de champ à base de nanotubes et dispositif électronique associé, FR 12 52 861
B. Lebental, B. Ghaddab, V. Gaudefroy, E. Ruiz Hitzky, P. Aranda, C. Ruiz Gracia, B. Hennings, Capteur pour la chaussée à base de couches minces piézorésistives de nanoparticules noyées dans le matériau de chaussée, FR 14 52842
Communications avec actes
F.Derkx, B.Lebental, T.Bourouina, F.Bourquin, C-S.Cojocaru, E.Robine, H.Van Damme, Sens-City Project, 18èmesymposium Vibrations, Shocks and Noise, July 3,4 and 5, 2012, Clamart France
B. Lebental; Moujahid, W.; Lee, C.-S.; Maurice, J.-L. & Cojocaru, C. Graphene-based resistive humidity sensor for in-situ monitoring of drying shrinkage and intrinsic permeability in concrete, NICOM 4: 4th International Symposium on Nanotechnology in Construction, Agios Nikolas, Crete, Greece, May 20th-22nd, 2012
Communications sans actes
GDR-I Nanotubes and Graphene 2011, Dourdan, France, Feb; 11th-15th, E. D. Norman, and L. Gorintin, B. Lebental, P. Bondavalli and C. S. Cojocaru, Carbon nanotube based humidity sensor
NDCM XII, 2011, Blacksburg, Virginia, USA, June 19th-24th, B. Lebental, and F. Bourquin and A. Ghis and C. S. Cojocaru, Nanosensors for nanoscale structural health monitoring in civil engineering: new insight on carbon nanotubes devices
MAGINENANO 2011, Nanospain, Bilbao, Spain, April 11-14, 2011, B. Lebental and E. Norman and L. Gorintin and P. Renaux and P. Bondavalli and C. S. Cojocaru and A. Ghis, Nanosensors for structural monitoring in civil engineering: New insight on promising carbon nanotubes devices.
ECND-PdL, Nantes, France, November 21st-22nd, 2011, B. Lebental, Nanosensors for the smart city: new insight on promising carbon nanotubes devices, Sridi N. ; Lebental, B.; E.Merliot; Cojocaru, C. S.; J.Azevedo; A.Nowodzinski; Gabriel, J.-C. & Ghis, A. Mechanical properties of suspended few layers graphene sheets, Nanotech 2012, Santa Clara, California, USA, June 18th-21st, 2012
Acoustics 2012 Nantes, France, EBENTAL, Bérengère and Nawres Sridi and Bouanis, Fatima and Cojocaru, Costel-Sorin and Bourquin, Frédéric and Ghis, Anne, Carbon nanotubes and graphene-based microsonar for embedded monitoring of microporosity
Nanotech 2014, Washington DC, USA, June 15-19, B. Lebental, The Sense-City equipment project: 9M€ for prototyping and validation of nanosensors for sustainable cities
7th European Workshop on Structural Health Monitoring (EWSHM), Nantes, France, July 8-11, 2014, B. Ghaddab, V. Gaudefroy, F. Michelis, E. Ruiz Hitzky, P. Aranda, C. Ruiz Gracia, B. Lebental, An innovative nanosensor for weigh-in-motion applications
7th European Workshop on Structural Health Monitoring (EWSHM), Nantes, France, July 8-11, 2014, F. Michelis, B. Lebental, C.-S.rin Cojocaru, J.-L. Sorin, Y Bonnassieux, Wireless flexible strain sensor based on Carbon Nanotube piezoresistive networks for embedded measurement of strain in concrete.
Nanotech 2014, Washington DC, USA, June 15-19, 2014, F. Michelis, B. Lebental, C.-S.rin Cojocaru, J.-L. Sorin, Y Bonnassieux, Wireless flexible strain sensor based on Carbon Nanotube piezoresistive networks for embedded measurement of strain in concrete.
E-MRS 2014 Spring Meeting, Lille, France, May 26-30, 2014, Loïc Loisel, Bérengère Lebental, Majid Kabiri Samani, Chong Wei Tan, Costel Sorin Cojocaru, Dominique Baillargeat, Beng Kang Tay, Nanosecond-laser-induced graphitization and amorphization of thin nano-crystalline graphite films
